杨氏双缝干涉

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1、实验报告一、实验题目：杨氏双缝干涉实验二、实验目的：1、观察杨氏双缝干涉现象，认识光的干涉；2、了解光的干涉产生的条件，相干光源的概念;三、实验仪器：钠光灯，双缝，延伸架测微目镜，3个二维平移底座，2个升降调节座，透镜L1, 二维架，可调狭缝S，透镜架，透镜匚2,双棱镜调节架.四、实验原理：如图1所示，两个狭缝S、S2长度方向彼此平行，单缝被照亮后相当于一线 光源，发出以S为轴的柱面波。由于S1和S2关于S对称放置，S在s1和s2处 激起的振动相同，从而可将s1和S2看看作两个同位相的相干波源，它们发出的 光波在屏上相遇后发生相干叠加，出现了明暗相间的平行条纹一一干涉条纹，十 涉条纹反映了光的

2、全部信息，干涉的对比度包含两列光振幅比的信息；条纹的形 状和空间分布反映位相差的信息。图1杨氏双缝干涉实验1、条纹的位置分布S1和S2的间距为d,到光屏的距离为D。考察屏上一点P，设S1P=r1,S2P=r2, 因一般情况下dD,xD，故两列光波到达相遇点P处的波程差为b = r - r 就 d sin 0出现明纹和暗纹的条件是5 = d sin 0 = K， k = 0,1,2,.明纹 人土 (2SDk = 1,2,.暗纹式中k称为干涉条纹的级次。由于通常是在小角度范围内观察，则可以得到sin 0 兰 tan 0 =D代入可得明纹暗纹的位置是:土 ?贝 k = 0,1,2,.明纹 (2k_l

3、) D k =1,2,.暗纹则相邻明纹和暗纹的间距Ax = D 人 d上式说明，杨氏试验中相邻明纹或暗纹的间距与干涉条纹的级次无关，条纹 呈等间距排列，如图2所示为双缝干涉条纹。测出D和d及相邻间距，即可求 得入射光的波长，杨氏正式利用这一办法最先测量光波波长的；红光约为 7580nm，紫光约为 390nm。图2双缝干涉D和d确定后，波长较长的红光所产生的相邻条纹间距比波长较短的紫光为 大，因此用白光进行双缝实验时，除中央明纹是白色外，其余各级明纹因各色光 互相错开而形成由紫到红的彩色条纹，如图3所示。图3白光双缝干涉2、干涉条纹的强度分布设S1和S2发出的光波在P点产生的光振动振幅分别为A1

4、和A2，初位相差 为中，则P点的合成光振动的振幅为A2 = A2 + A2 + 2 A A cos 中光强即光波的强度，应正比于光振动的振幅的平方，故P点的光强为I = I +1 + 2-II cos中12% 1 2在杨氏实验中，a1=a2, i1=i2，因而有,一 AqI = 4I1cos22，其对应的光强分布如图4所示。图4双光干涉的光强分布曲线由图4可以看出，明纹中心强度最大，从中心往两边伸展，强度逐渐减弱， 因而，明纹有一定的宽度，通常所指的明纹位置是明纹中心的位置。另外，由于 人眼或感光材料能感觉到的光强都有一下限，因而暗条纹并不是一条几何线，同 样有一定的宽度，暗纹的位置通常是指暗

5、纹的中心位置。2、介质对干涉条纹的影响(1) 在S1后加透明介质薄膜，干涉条纹变化分析，如图5所示。零级明纹上移至点P，屏上所有干涉条纹同时向上平移。移过条纹数目A* (n T)tk =人。条纹移动距离 = e。若S2后加透明介质薄膜，干涉条纹下移。图5加透明介质五、实验内容(1) 调节各仪器使光屏上出现明显的明暗相间的条纹。(2) 使钠光通过透镜L汇聚到狭缝S上，用透镜L2将S成像于测微目镜分划板 M上，然后将双缝D置于L2近旁。在调节好S，D和M的毫米刻线平行，并适 当调窄S之后，目镜视场出现便于观察的杨氏条纹。(3) 用测微目镜测量干涉条纹的间距Ax，用米尺测量双缝至目镜焦面的距离L，

6、用显微镜测量双缝的间距d，根据 x=顷d计算钠黄光的波长*六、实验现象及分析1、波长及装置结构变化时干涉条纹的移动和变化 光源S位置改变：S下移时，零级明纹上移，干涉条纹整体向上平移；S上 移时，干涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。 双缝间距d改变：当d增大时，e减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密。 当d减小时，e增大，条纹变稀疏。(3) 双缝与屏幕间距D改变：当D减小时，e减小，零级明纹中心位置不变，条 纹变密。当D增大时，e增大，条纹变稀疏。(4) 入射光波长改变：当X增大时，Ax增大，条纹变疏；当X减小时，Ax减小， 条纹变密。2、在小孔后加透明介质薄膜，干涉条纹变化(1) 在S1后加

7、透明介质薄膜，零级明纹上移至点P,屏上所有干涉条纹同时向上 平移。移过条纹数目Ak=(n-1)t/X；条纹移动距离OP=Ak-e(2) 在S2后加透明介质薄膜，干涉条纹下移。3、狭缝S的作用用普通光源代替S，光屏上不可能出现干涉条纹。因为干涉条件要求，只有 同一波列自身之间才能发生干涉，不同的光源之间，以及同一光源的不同部分发 出的光都不满足相干条件。由于狭缝S的存在，且S很小。光波到达S、S2就 成为发射柱面波(S若为小孔，则发射球面波)的波源。它们又各发出一个柱面 (或球面)形次波。由于这两个次波来自同一个波面，因此它们的频率相同；由 于S1与S2距离很近，因此振动方向近似一致；又由于S1

8、和S2的振动位相差保 持一定。所以这两列光波满足相干条件，这是利用分波阵面法获得相干光波的典 型方法。4、为什么白光也能产生双缝干涉相干条件要求两相干光的频率相同，而在白光中各种波长都有，也会发生干 涉。白光中包含着各种频率的可见光，不同频率的光波是不相干的。但以两缝射 出的白光中，相同频率的单色光之间能够发生干涉现象。S为白光光源时，由S 发出的任一波长的任一列光波都照S1和S2上，所以S1中的任一列光波都能在 S2中找到与其相干的一列波。S1和S是相干的白光光源，每一种波长的光在观 察屏上都得到一组杨氏条纹。各种波长的杨氏条纹叠加起来便得到白光杨氏干涉 图样分布。由于各种单色光在中央线上，相位差都等于零，振动都要加强，于是 各单色的光在中央线上都显示明纹，因此中央明纹仍是白色的。又因中央明纹的 宽度与波长成正比，所以各单色光的中央明纹宽度不同。于是在白色明纹的边缘 彩带，紫光靠里，红光靠外.其它各级明纹也因单色光波长不同而分开，形成七 色光带，有次序地循环排列。