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4.3光的干涉
第四章
光
學
光的直線傳播
光的反射
光的折射
光的干涉
干涉現象、衍射現象是波獨有的特征
如果要證明光是波的話,就應觀察到光的干涉現象
1801年，英國物理學家托馬斯·楊（1773~1829）在實驗室里成功的觀察到了光的干涉．
托馬斯·楊
1773~1829
一、楊氏雙縫干涉
楊氏雙縫干涉實驗
1、裝置特點：
2、①要用單色光
單縫
雙縫
S1
S
S2
屏
屏上看到明暗相間的條紋
屏上形成的明暗相間條紋叫做干涉圖樣
②雙縫很近
0.1mm
①雙縫S1、S2到單縫S的距離相等
雙縫的作用是獲得兩個振動情況完全相同的光源，叫相干光源(頻率相同)
③雙縫的作用：
②單縫的作用：
獲得線光源
等間距
圖樣有何特征？
亮條紋的中心線
亮條紋的中心線
暗條紋的中心線
暗條紋的中心線
中央亮條紋
明暗相間
3、明條紋形成的原因
①“中央明紋”的形成原因:
S1
S2
P
d
S1
S2
P
S1
P
PS1
S2
P
PS2
光程差d=0，S1、S2步調一致，該點振動加強。（亮）
S1
S2
P1
P
d
S1
S2
P1
P1
P1S1
P1S2
d
S1
S2
P1
d
=λ/2
光程差d=
λ/2
，S1、S2在P1處步調相反，該點振動減弱。(暗）
②第一條暗紋的形成原因:
③第一條亮紋的形成原因:
S1
S2
P2
P
d
S1
S2
P2
P2
P1S1
P1S2
d
S1
S2
P2
d
=λ
光程差d=
λ
，S1、S2在P2處步調一致，該點振動加強。(亮）
雙縫
S1
S2
屏幕
P1
第一亮紋
δ=λ
P
中央亮紋
δ=0
P2
第二亮紋
δ=2λ
P3
/
第三亮紋
δ=3λ
P3
第三亮紋
δ=3λ
P2/
第二亮紋
δ=2λ
P1/
第一亮紋
δ=λ
Q2
第二暗紋
Q
1
第一暗紋
Q3
第三暗紋
Q3
/
第三暗紋
Q2
/
第二暗紋
Q1
/
第一暗紋
δ=5λ/2
δ=λ/2
δ=3λ/2
δ=5λ/2
δ=3λ/2
δ=λ/2
產生明暗條紋的條件
亮紋：光程差
δ
=
kλ（
k=
0,1，2，等）
暗紋：光程差
δ
=（2k+1)λ/2
(k=0,1,2,3,等）
4、干涉條紋的間距(條紋寬度)與哪些因素有關?
雙縫
S1
S2
屏幕
①什么是干涉條紋的間距(條紋寬度)?
△x
△x
條紋間距的含義：相鄰兩條亮紋（或暗紋）中心之間的距離叫做條紋間距。
我們所說的亮紋是指最亮的地方，暗紋是最暗的地方，從最亮到最暗有一個過渡，條紋間距實際上是最亮和最亮或最暗和最暗之間的距離。
②影響條紋間距大小的因素
保持L、d不變，用不同的單色光進行實驗紅光的條紋間距最大，紫光的最小。
4、干涉條紋的間距(條紋寬度)與哪些因素有關?
如圖所示，雙縫間距為d，雙縫到屏的距離為l。雙縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點為P
。對屏上與P距離為x的一點
P1，兩縫與P1的距離P1
S1＝r1，
P1
S2＝r2。
S1
S2
P1
P
l
d
x
r2
r1
M
當兩列波的路程差為波長的整數倍，即
相鄰兩個明(或暗)條紋之間的距離為
在線段P1
S2上作P1
M＝
P1
S1，則S2M＝r2－r1，
因d?l，三角形S1S2M可看做直角三角形。
有：r2－r1＝dsin
θ(令∠S2S1M＝θ)
①
另：x＝ltan
θ≈lsin
θ
②
時才會出現亮條紋，亮條紋位置為：
白光的干涉圖樣是什么樣的？
①明暗相間的彩色條紋；
②中央為白色亮條紋；
③干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的；
④在每條彩色亮紋中紅光總是在外側，紫光在內側。
二、薄膜干涉
在陽光下,為什么肥皂薄膜上會形成彩色圖樣?
由于重力的作用，肥皂薄膜形成上薄下厚的楔形。
光從薄膜的前后兩個表面反射出來兩個光波，這兩列光波的頻率相同，產生干涉。
前表面
后表面
光程差為波長的整數倍，形成亮條紋。
光程差為半波長的奇數倍，形成暗條紋。
白光照射時是彩色條紋
在重力的作用下，薄膜隨著時間越來越薄,
條紋間距變稀疏。
請思考透射光干涉圖樣？
等厚干涉
薄膜干涉的應用（一）——檢查表面的平整程度
入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋
標準樣板
待檢部件
空氣薄層
薄片厚度一般僅為零點零幾毫米左右，只相當于一張紙片的厚度
薄膜厚度相等的位置對應的反射光(或透射光)形成的干涉結果相同-------等厚干涉.
如果觀察到的干涉條紋不平行，則表示被檢測表面微有凸起或凹下，這些凸起或凹下的地方的干涉條紋就彎曲。從彎曲的程度就可以了解被測表面的平整情況。這種測量精度可達10-6cm。
如果被檢表面是平的，產生的干涉條紋就是平行的；
薄膜干涉的應用（二）——增透膜
在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜(一般用氟化鎂)。當薄膜的厚度適當時，在薄膜的兩個表面上反射路程差恰好等于半個波長，因而互相抵消，這就大大減小光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜。
因為人眼對綠光最敏感，所以一般增強綠光的透射，即薄膜的厚度是綠光在薄膜中波長的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射較強，這樣的鏡頭呈淡紫色。
鍍層薄膜
1.楊氏雙縫干涉實驗
②干涉圖樣的特點
①光的干涉條件:
相干光
③產生明暗條紋的條件
單色光照射時:
白光照射時:
亮紋：光程差
δ
=
kλ
暗紋：光程差
δ
=（2k+1)λ/2
④亮（暗）紋間距的公式
1、如圖所示是雙縫干涉實驗裝置，使用波長為600
nm
的橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點上方的P1點出現第一條亮條紋(即P1到S1、S2的路程差為一個波長)，現換用波長為400
nm的紫光源照射單縫，則
A.P和P1仍為亮條紋
B.P為亮條紋，P1為暗條紋
C.P為暗條紋，P1為亮條紋
D.P、P1均為暗條紋
B
2、用單色光做雙縫干涉實驗時，已知屏上一點P到雙縫的路程差δ＝1.5×10－6
m，當單色光波長λ1＝0.5
μm時，P點將形成亮條紋還是暗條紋？若單色光波長λ2＝0.6
μm，此時在中央亮條紋和P點之間有幾條暗條紋？
3、劈尖干涉是一種薄膜干涉，如圖所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜，當光從上方入射后，從上往下看到的干涉條紋有如下特點：
（1）任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；
（2）任意相鄰明條紋或暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定。
現若在如圖所示裝置中抽去一張紙片，則當光入射到劈形空氣薄膜后，從上往下可以觀察到干涉條紋發生了怎樣的變化？

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