最新21双光束干涉

2 d
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干涉条纹形状（以强度为特征的空间分布）
光屏上是与y轴垂直、明暗相间的直条纹。相邻两亮 (暗)条纹间的距离是条纹间距ε，且
yD
dw
• 条纹间距与会聚角成反比,与波长 成正比;
• 在实验中，可以通过测量D、d和ε，
其中w=d/D叫光束会聚 计算光波长λ。
角
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杨氏双缝干涉实验
实验原理图
S1、S2从来自S 的光波波面上分 割出很小的两部 分作为相干光源， 它们发出的光相 遇形成干涉条纹。
狭缝S和双缝S1、S2都很窄，均可视为次级线光源。 从线光源S发出的光波经SS1P和SS2P两条不同路径，
在观察屏P点上相交，其光程差为
Δ=(R2-R1)+(r2-r1)=ΔR+Δr
①两束光波的频率相同；
②两束光波在相遇处的振动方向相同；
③两束光波在相遇处应有固定不变的相位差。
这三个条件就是两束光波发生干涉的必要条件，
通常称为相干条件。
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3.实现光束干涉的基本方法
原子的发光特点
普通光源：自发辐射- -非相干光源 时间：持续时间有限(10-8s)- -波列； 相位：彼此无关- -同一原子不同时刻，不同原子同
I12 I1I2coscos
随时间变化)太快，也
看不到干涉现象。
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在能观察到稳定的光强分布的情况下
1.出现光强极大的条件 2 m ,m 0 , 1 , 2 ...
光强极大值Imax为 Ima xI1I22I1I2cos
2.出现光强极小的条件 (2 m 1 ),m 0 , 1 , 2 ...
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对波长一定的单色光，间距的y大小与 D成正比，而与d(缝间距)成反比；
y D
d
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当D(d’)、d一定时，间距y的大小与光 的波长成正比
y D
d
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用白光作为光源时，出现彩色条纹
由 ymmD d,m0,1,2......
可知
m=0的中央明纹为白色； m≠0的各级明纹均为彩色； 当m较大时，不同级数的各色
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近轴远场条件下：d«D,且y在很小范围内
两光束的相位差为
讨论
22yDdR
① 如果S1、S2到S的距离相等，ΔR=0，则
对应=2mπ(m=0,±1,±2,…)的空间点
y m D 为光强极大，呈现干涉亮条纹；
d
对应 =(2m+1)π的空间
点 ym1D 为光强极小，呈现干涉暗条纹。
21双光束干涉
在P点相遇，E1与E2振动方向间的夹角为θ，则在P点
处的总光强为(??解释)
I I1I22 I1I2coscos
I1I22I12
式中，I1、I2是二光束的光强，I12为干涉项；是二光束
的相位差，且有
注意：对干涉项I12
k2rk1r0102t 1.若太小，看不到干
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涉现象；
2.若随时间变化(即
当干涉光强的极小值Imin=0时，V=1，二光束
完全相干，条纹最清晰；
当Imax=Imin时，V=0，二光束完全不相干，无
干涉条纹；
当Imax≠Imin≠0时，0＜V＜1，二光束部分相
干，条纹清晰度介于上面两种情况之间。
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2）产生干涉的条件
双光束叠加在P点处的光强分布为
II1I22I1I2co cso s
入射角i1接近90o－掠射，可使很小。
一时刻。 激光：受激辐射 - -相干光源
获得相干光的方法
两独立光源不可能相干；将一波列的光分成两束或多 束，然后再令其重叠，在相遇区域有可能发生干涉。
分波面法- -杨氏干涉
分振幅法- -薄膜干涉(迈克尔逊干涉)
分振动面- -偏振光干涉
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1.分波面法双光束干涉
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• 这些实验的共同点
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菲涅耳双棱镜装置示意图
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菲涅耳双面镜装置示意图
P
s
P1
M1
L
s1
Baidu Nhomakorabea
d
s2
C
M2
P2
r0
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劳埃德镜示意图
P'
P
s1
d
ML
P0
s2
d'
狭缝S1被强单色光照射，作为单色线状光源；
S1经M所成的虚像S2与S1构成相干光源；
影响光强条纹稳定分布的主要因素是：1）两光束频率；
2）两光束振动方向夹角和3）两光束的相位差。
(1) 对叠加光束的频率要求
当两光束频率相等，Δω=0时，干涉光强不随时间变化，可以
得到稳定的干涉条纹分布。
当两光束的频率不相等，Δω≠0时，干涉条纹将随着时间产生 移动，且Δω愈大，条纹移动速度愈快，当Δω大到一定程度时，
面两种情况之间。
为了产生明显的干涉现象，要求两叠加光束的 振动方向相同。
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(3) 对叠加光束相位差的要求
为了获得稳定的干涉图形，两叠加光束的相位 差必须固定不变，即要求两等频单色光波的初 相位差恒定。
实际上，考虑到光源的发光特点，这是最关键 的要求。
结论：要获得稳定的干涉条纹，要求：
条纹，因相互重叠而得到均匀 的强度； 示意图如右图所示。
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m=2 m=1 m=0 m=-1 m=-2
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讨论：②如果S1、S2到S的距离不相等，ΔR 0
亮条纹的空间位置 暗条纹的空间位置
y mR
w
y(m1/2)R
w
即干涉图样相对于ΔR=0的情况，沿着y方向发生
了平移。
• 除杨氏干涉实验外，菲涅耳双棱镜、菲涅耳双面 镜和洛埃镜都属于分波面法双光束干涉。
光强极小值Imin为 Imi nI1I22I1I2cos
当两束光强相等，I1=I2=I0，相应的极大值和极小值
分别为
Imax=2I0(1+cosθ) Imin=2I0(1-cosθ)
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2.产生干涉的条件
1）干涉条纹可见度 定义
讨论：
V Imax Imin Imax Imin
肉眼或探测仪器就将观察不到稳定的条纹分布。 因此，为了产生干涉现象，要求两叠加光束的频率尽量相等。
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(2) 对叠加光束振动方向的要求
当两光束光强相等，则条纹可见度为V=cosθ
若θ=0，两光束的振动方向相同时，V=1，干涉条
纹最清晰； 若θ=π/2，两光束正交振动时，V=0，不发生干涉； 当0＜θ＜π/2时，0＜V＜1，干涉条纹清晰度介于上