光的干涉以及衍射

1、光的干涉以及衍射物理第二組楊氏雙縫干涉實驗單縫 雙縫紅濾色片S1SS2屏幕1 1、裝置特點、裝置特點： （1 1）雙縫很近雙縫很近 0.1mm0.1mm， （2 2）雙縫）雙縫S1S1、S2S2與單縫與單縫S S的距離的距離相等。相等。2 2、 要用單色光要用單色光 單孔的作用：是獲得點光源單孔的作用：是獲得點光源 雙孔的作用：相當于兩個振動情況完雙孔的作用：相當于兩個振動情況完全相同的光源，雙孔的作用是獲得相干光全相同的光源，雙孔的作用是獲得相干光源源3 3、產(chǎn)生穩(wěn)定光的干涉現(xiàn)象的條件、產(chǎn)生穩(wěn)定光的干涉現(xiàn)象的條件相干光源：兩個振動情況完全相同的光源相干光源：兩個振動情況完全相同的光源4 4、

2、干涉圖樣的特點、干涉圖樣的特點： （1 1）形成明暗相間的條紋形成明暗相間的條紋 （2 2）亮紋間等距、暗紋間等距）亮紋間等距、暗紋間等距 （3 3）兩縫）兩縫S1S1、S2S2中垂線與屏幕相交中垂線與屏幕相交位置是亮條紋位置是亮條紋-中央亮中央亮紋紋單縫 雙縫紅濾色片S1SS2屏幕白光的干涉圖樣 明暗相間的彩色條紋；明暗相間的彩色條紋； 中央為白色亮條紋；中央為白色亮條紋； 干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的；干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的； 在每條彩色亮紋中紅光總是在外緣，紫光在內(nèi)線在每條彩色亮紋中紅光總是在外緣，紫光在內(nèi)線。 紅濾色片單縫 雙縫S1SS2屏幕對光發(fā)生干涉時對光發(fā)生干涉

3、時 若光互相加強，出現(xiàn)亮條紋若光互相加強，出現(xiàn)亮條紋 若光互相削弱，出現(xiàn)暗條紋若光互相削弱，出現(xiàn)暗條紋 光光的薄膜干涉的薄膜干涉1、實驗、實驗產(chǎn)生產(chǎn)生原因：膜的前表面和后表面反射的兩列原因：膜的前表面和后表面反射的兩列光波。光波。實驗現(xiàn)象：水平的彩色條紋實驗現(xiàn)象：水平的彩色條紋薄膜干涉的應(yīng)用檢查檢查精密儀器的表面：平行單色光垂直照射實心劈尖精密儀器的表面：平行單色光垂直照射實心劈尖上，上面的下表面、下面的上表面的反射光將產(chǎn)生干上，上面的下表面、下面的上表面的反射光將產(chǎn)生干涉。涉。現(xiàn)象：劈尖上厚度相同的地方，出現(xiàn)明或暗條紋?，F(xiàn)象：劈尖上厚度相同的地方，出現(xiàn)明或暗條紋。 如果保持雙縫的間距不變，光

4、屏到縫的距離越大，屏上明暗相間條紋間距_； 如果保持光屏到縫的距離雙縫的間距不變，雙縫的間距越小，屏上明暗相間條紋間距_； 如果保持光屏到縫的距離雙縫的間距不變，雙縫的間距不變，改變光的波長越大，屏上明暗相間條紋間距_；變大變大變大【邁克耳孫測星干涉儀】邁克耳孫測星干涉儀的長度約為6米，架設(shè)在口徑為2.5米的胡克望遠鏡之上。其中兩面平面鏡M1、M2的最大間距為6.1米，并且是可調(diào)的；而平面鏡M3、M4的位置是固定的，等于1.14米。當有星光入射到干涉儀上時，兩組平面鏡所構(gòu)成的光路是等光程的，從而會形成等間距的干涉直條紋，而條紋間距為 這里 是望遠鏡的焦距， 是平面鏡M3和M4之間的距離。而平面

5、鏡M1和M2之間的距離相當于擴展光源的線度，當M1和M2靠得很近時干涉條紋的襯比度接近于1，隨著兩者間距增加襯比度會逐漸下降為零。如果認為恒星是一個角直徑為 ，光強均勻分布的圓形光源，其可見度由下面公式給出 ，其中 ， 是貝塞爾函數(shù)。隨著逐漸增加平面鏡M1和M2之間的距離 ，當滿足下面關(guān)系時，襯比度首次降為零： 液晶顯示器上方：電路斷開，液晶亮。下方：回路接通，液晶不亮。液晶顯示器（LCD）科技倚賴液晶來旋轉(zhuǎn)偏振光的偏振平面。如右圖所示，在兩塊正交平面偏振片P1、P2之間置入透明電極層E1、E2和扭曲向列型液晶LC。照射非偏振光L于偏振片P1，透射光會呈平面偏振。6:370-373上方圖：當E

6、1、E2不通電時，液晶分子會呈螺旋狀排列，平面偏振光的偏振平面會被液晶LC逐漸扭曲，因此平面偏振光才能透射過正交的偏振片P2。假設(shè)安裝鏡子I，則透射過的平面偏振光會被反射回來（注意到顯示于鏡子的反射光箭頭），其偏振平面會再被液晶朝反方向扭曲，因此才能透射過正交的偏振片P1。從初始發(fā)光源位置朝著偏振片P1望去，會觀察到明亮的反射光。下方圖：當電極E1、E2通電時，液晶分子會順著電場方向排列，因此液晶不會扭曲平面偏振光的偏振平面，由于兩塊偏振片的偏振軸相互垂直，這時光線不能透射過偏振片P2。雖然安裝鏡子I，從原先發(fā)光源位置朝著平面偏振片P1望去，仍舊不會觀察到任何反射光。應(yīng)用這機制，液晶顯示器能夠

7、顯示簡單的文字或圖案信息，它的主要優(yōu)點是功耗較低，因此可以使用光電池來供電。光光的衍射：光離開直線路徑繞道障礙物陰影里去的現(xiàn)象的衍射：光離開直線路徑繞道障礙物陰影里去的現(xiàn)象單縫衍射規(guī)律 1、波長一定時，單縫越窄，衍射圖樣中央條紋越寬，各條紋間距大 2、單縫不變時，光的波長越長（可見光中紅光最長），中央亮紋越寬，條紋間隔越大 3、白熾燈（白光）的單縫衍射條紋為中央亮，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色 光直光直線傳線傳播播只是一個近似的只是一個近似的規(guī)規(guī)律：當光的波律：當光的波長長比障礙比障礙物或孔的尺寸小得多物或孔的尺寸小得多時時，可，可認為認為光是沿直光是沿直線傳線傳播的，播

8、的，當光的波當光的波長長與障礙物或孔的尺寸可以相比與障礙物或孔的尺寸可以相比擬時擬時將將產(chǎn)產(chǎn)生生明明顯顯的衍射的衍射現(xiàn)現(xiàn)象象 當縫很大時直線傳播（得到影）當縫減小時逐漸會出現(xiàn)小孔成像的現(xiàn)象繼續(xù)減小縫的大小會出現(xiàn)光的衍射現(xiàn)象小孔衍射當孔半徑較大時，光沿直線傳播，在屏上得到一個按直線傳播計算出來一樣光的衍射光的衍射大小的亮光圓斑；減小孔的半徑，屏上將出現(xiàn)按直線傳播計算出來的倒立的光源的像，即小孔成像；繼續(xù)減小孔的半徑，屏上將出現(xiàn)明暗相間的圓形衍射光環(huán)。狹縫衍射 當狹縫很寬時，縫的寬度遠遠大于光的波長，衍射現(xiàn)象極不明顯，光沿直線 傳播，在屏上產(chǎn)生一條跟縫寬度相當?shù)牧辆€；但當縫的寬度調(diào)到很窄，可以跟光

9、波相比擬時，光通過縫后就明顯偏離了直線傳播方向，照射到屏上相當寬的地方，并且出現(xiàn)了明暗相間的衍射條紋，紋縫越小，衍射范圍越大，衍射條紋越寬。但亮度越來越暗衍射種類實驗室里為了觀察衍射現(xiàn)象，總是由光源、衍射屏和接收衍射圖樣的屏幕(稱為接收屏)組成一個衍射系統(tǒng)。 根據(jù)衍射系統(tǒng)中三者的相互距離的大小，將衍射現(xiàn)象分為兩類，一類稱為菲涅耳衍射，另一類稱為夫瑯禾費衍射。 所謂菲涅耳衍射，就是當光源到衍射屏的距離或接收屏到衍射屏的距離不是無限大時，或兩者都不是無限大時所發(fā)生的衍射現(xiàn)象?？梢娫诜颇苌渲?，入射光或衍射光不是平行光，或兩者都不是平行光， 所謂夫瑯禾費衍射，就是當光源到衍射屏的距離和接收屏到衍射

10、屏的距離都是無限大時，所發(fā)生的衍射現(xiàn)象?？梢娫诜颥樅藤M衍射中入射光和衍射到接收屏上任意一點的光都是平行光，如圖13-15(b)所示。夫瑯禾費衍射的條件在實驗室里可借助于透鏡實現(xiàn)。將光源放置在會聚透鏡L1的焦點上，則從L1透射的光，即衍射孔的入射光就是平行光；同時將接收屏放置在會聚透鏡L2的焦面上，則到達接收屏上任意一點的衍射光也是平行光。自然現(xiàn)象中的衍射4抬頭透過樹葉縫隙看到的陽光帶有抬頭透過樹葉縫隙看到的陽光帶有彩色光暈。就是光的衍射現(xiàn)象。彩色光暈。就是光的衍射現(xiàn)象。是在光的“衍射反射”成像原理下形成的一種特殊光象，學術(shù)界稱為“寶光”。這是一種在云霧山地的地方常見的一種大氣光象，以往在峨眉山多見，故有“峨眉寶光”之說。實際上，“寶光”在黃山、廬山、五臺山等地山區(qū)，甚至一些稍有起伏的平原地帶也可以看到 （一）在現(xiàn)代應(yīng)用光學分析技術(shù)中，科學家根據(jù)衍射圖樣與障礙