1、实验报告1、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 L2,双棱镜调节架 .四、实验原理：如图 1 所示，两个狭缝 S1、S 2 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
2、相间的平行条纹干涉条纹，干涉条纹反映了光的全部信息，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sin12dr出现明纹和暗纹的条件是 明,210)2(;sinkd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 Dxtansi代入可得明纹暗纹的位置是： 明,210)2(;kdkxk则相邻明纹和暗纹的间距 Dx上式说明，杨氏试验中相邻明纹或暗纹
3、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 和 A2，初位相差为 ，则 P 点的合成光振动的振幅为 cos212
4、1AA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s2121II在杨氏实验中，A 1=A2，I 1=I2，因而有，cos42I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
5、同时向上平移。移过条纹数目。条纹移动距离 。若 S2 后加透明介质薄膜，干涉条纹tnk)1(ekP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 L1 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x，用米尺测量双缝至目镜焦面的距离L，用显微镜测量双缝的间距 d，根据x=L/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
6、条纹的移动和变化(1) 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。(2) 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 增大时，x 增大，条纹变疏；当 减小时，x 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 后加透明介质薄膜，零级明纹上移至点 P，屏上所有干涉条纹同
7、时向上平移。移过条纹数目 k=(n-1)t/；条纹移动距离 OP=ke(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 S1、S 2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 和 S2 的振动位相差保持一定
8、。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。S 1 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。
