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4.3光的干涉
第四章
光
学
光的直线传播
光的反射
光的折射
光的干涉
干涉现象、衍射现象是波独有的特征
如果要证明光是波的话,就应观察到光的干涉现象
1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829）在实验室里成功的观察到了光的干涉．
托马斯·杨
1773~1829
一、杨氏双缝干涉
杨氏双缝干涉实验
1、装置特点：
2、①要用单色光
单缝
双缝
S1
S
S2
屏
屏上看到明暗相间的条纹
屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样
②双缝很近
0.1mm
①双缝S1、S2到单缝S的距离相等
双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的光源，叫相干光源(频率相同)
③双缝的作用：
②单缝的作用：
获得线光源
等间距
图样有何特征？
亮条纹的中心线
亮条纹的中心线
暗条纹的中心线
暗条纹的中心线
中央亮条纹
明暗相间
3、明条纹形成的原因
①“中央明纹”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步调一致，该点振动加强。（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处步调相反，该点振动减弱。(暗）
②第一条暗纹的形成原因:
③第一条亮纹的形成原因:
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处步调一致，该点振动加强。(亮）
双缝
S1
S2
屏幕
P1
第一亮纹
δ=λ
P
中央亮纹
δ=0
P2
第二亮纹
δ=2λ
P3
/
第三亮纹
δ=3λ
P3
第三亮纹
δ=3λ
P2/
第二亮纹
δ=2λ
P1/
第一亮纹
δ=λ
Q2
第二暗纹
Q
1
第一暗纹
Q3
第三暗纹
Q3
/
第三暗纹
Q2
/
第二暗纹
Q1
/
第一暗纹
δ=5λ/2
δ=λ/2
δ=3λ/2
δ=5λ/2
δ=3λ/2
δ=λ/2
产生明暗条纹的条件
亮纹：光程差
δ
=
kλ（
k=
0,1，2，等）
暗纹：光程差
δ
=（2k+1)λ/2
(k=0,1,2,3,等）
4、干涉条纹的间距(条纹宽度)与哪些因素有关?
双缝
S1
S2
屏幕
①什么是干涉条纹的间距(条纹宽度)?
△x
△x
条纹间距的含义：相邻两条亮纹（或暗纹）中心之间的距离叫做条纹间距。
我们所说的亮纹是指最亮的地方，暗纹是最暗的地方，从最亮到最暗有一个过渡，条纹间距实际上是最亮和最亮或最暗和最暗之间的距离。
②影响条纹间距大小的因素
保持L、d不变，用不同的单色光进行实验红光的条纹间距最大，紫光的最小。
4、干涉条纹的间距(条纹宽度)与哪些因素有关?
如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P
。对屏上与P距离为x的一点
P1，两缝与P1的距离P1
S1＝r1，
P1
S2＝r2。
S1
S2
P1
P
l
d
x
r2
r1
M
当两列波的路程差为波长的整数倍，即
相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为
在线段P1
S2上作P1
M＝
P1
S1，则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
时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：
白光的干涉图样是什么样的？
①明暗相间的彩色条纹；
②中央为白色亮条纹；
③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；
④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。
二、薄膜干涉
在阳光下,为什么肥皂薄膜上会形成彩色图样?
由于重力的作用，肥皂薄膜形成上薄下厚的楔形。
光从薄膜的前后两个表面反射出来两个光波，这两列光波的频率相同，产生干涉。
前表面
后表面
光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。
光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。
白光照射时是彩色条纹
在重力的作用下，薄膜随着时间越来越薄,
条纹间距变稀疏。
请思考透射光干涉图样？
等厚干涉
薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度
入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹
标准样板
待检部件
空气薄层
薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度
薄膜厚度相等的位置对应的反射光(或透射光)形成的干涉结果相同-------等厚干涉.
如果观察到的干涉条纹不平行，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的；
薄膜干涉的应用（二）——增透膜
在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。
因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。
镀层薄膜
1.杨氏双缝干涉实验
②干涉图样的特点
①光的干涉条件:
相干光
③产生明暗条纹的条件
单色光照射时:
白光照射时:
亮纹：光程差
δ
=
kλ
暗纹：光程差
δ
=（2k+1)λ/2
④亮（暗）纹间距的公式
1、如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600
nm
的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400
nm的紫光源照射单缝，则
A.P和P1仍为亮条纹
B.P为亮条纹，P1为暗条纹
C.P为暗条纹，P1为亮条纹
D.P、P1均为暗条纹
B
2、用单色光做双缝干涉实验时，已知屏上一点P到双缝的路程差δ＝1.5×10－6
m，当单色光波长λ1＝0.5
μm时，P点将形成亮条纹还是暗条纹？若单色光波长λ2＝0.6
μm，此时在中央亮条纹和P点之间有几条暗条纹？
3、劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：
（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
（2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。
现若在如图所示装置中抽去一张纸片，则当光入射到劈形空气薄膜后，从上往下可以观察到干涉条纹发生了怎样的变化？
