光的干涉及其应用 .docx

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1、精品名师归纳总结光的干预及其与应用赵迪可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结摘 要 我们通过对光的干预本质、种类及其各种应用做了肯定的查阅与摸索，汇总成为该文章。 中文中重点介绍的是， 光的干预在日常生活中、 一般物理试验中的应用以及在天文学方面的进展和应用， 由于文章内容和字数的限制， 我们不能对全部提到的应用做出具体的表述，仅取其中的几个例子进行具体的介绍。关键词 光的干预 等倾干预 等厚干预 照相技术 天文学1 绪论我们知道在光学的进展史上， “光的本质”这个问题进行了将近4 个世纪的争辩，直到爱因斯坦提出“波粒二象性”才将这个问题的争辩临时告一段落，本 文所提到的的光的干预现

2、象就是这段出色历史上不行磨灭的一部分。1801 年的英国由托马斯杨设计的杨氏双缝干预试验使得“微粒说”近乎土崩瓦解，并强有力的支持了“波动说” 。1811 年，阿拉格第一争论了偏振光的干预现象。现代生活中，光的干预已经广泛的用于精密计量、天文观测、光弹性 应力分析、光学精密加工中的自控等很多领域。虽然“波粒二象性”已经作为主流说法，终结了这个问题的争辩，但是对于 现代生活来说， 光的干预及其理论所带来的影响却是不行或缺的。我们将在本文中简洁介绍一下光的干预在日常生活中、 一般物理试验中的应用以及在天文学方面的进展和应用。2 光的干预现象与产生2.1 现象简介干预，指满意肯定条件的两列相干波相遇

3、叠加， 在叠加区域某些点的振动始终加强，某些点的震惊始终减弱， 即在干预区域内振动强度有着稳固的空间分布， 而忽视时间的影响。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2-1复色光的干预图样由于光也具有波动性，因此，光也可以产生干预现象，称为光的干预。光的 干预通常表现为光场强度在空间作相当稳固的明暗相间的条纹或圆环的分布。有时就表现为， 当干预装置的某一参量随空间转变时，某一固定点处接收到的光强按肯定规律作强弱交替变化。2.2 产生条件2.2.1 主要条件两列波的产生干预的条件是： 两列光波频率一样、 相位差恒定、 振动方向一样的相干光源才能产生光的干预。由于两个一般独立的光源发出

4、的光不行能具有相同的频率，更不行能存在更不行能存在固定的相位差，因此，不行能产生干预现象。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.2.2 补充条件图 2-2单色光的干预图样可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于干预图样的成效会受到称比度的影响， 因此，两列相干波仍须满意三个补充条件： 参加叠加的两束光光强不能相差太大。 参加叠加的两束光振动的夹角越小越好， 虽然理论上小于 2 即可产生叠加， 但是比照度成效不好， 即最好接近平行。光程差不能相差太大。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.3 具体方法为了使合成波场的光强分布的在一段时间t 内稳固，要求：各

5、成员波的频率因而波长相同。两相干波的初相位之差t 内保持不不变。条件意味着假设干个通常独立发光的光源，即使它们发出相同频率的光， 这些光相遇时也不会显现干预现象。 缘由在于： 通常光源发出的光的初相位是无规章的， 振动的方向也是不确定的。 分布的大量波列， 每一波列连续时间不超过10 秒的数量级， 就是说，每隔 10 秒左右，波列的初相位就会做一次随机的转变。而且，任何两个独立的光源发出的波列的初相位又是无法统计的。由此可以想象， 当这些独立光源发出的波列相遇时， 只在短暂的时间内产生一副确定的条纹图样，而每过10 秒左右，就换成另一副图样迄今尚无任何检测或记录装置能够跟上如此急剧的变化，因而

6、观测到的是上述大量图样的平均效 果，即匀称光强而非明暗条纹。 不过， 近代特制的激光器已经做到发出的波列长达十公里，亦即波列为 10 秒的数量级。因此可以说，假设用时间辨论本事t 比10 秒更短的检测器这样的装置是可以做到的 ，就两个同频率的独立激光器发出的光波的干预，也是能够观看到的。另外，以双波干预为例仍要求： 两列波的振幅不得相差悬殊。 在叠加点两波的偏振面大体一样。以上四点即为通常所说的相干条件。满意这些条件的两个或多个光源或光波，称为相干光源或相干光波。2.4 光的干预分类光的干预依据产生条件的不同， 可以分成三大类： 分波阵面法 分波面法、分振幅法分光强法、分振动法。2.4.1 分

7、波面法分波面法的典型试验是1801 年由托马斯杨设计的杨氏双缝干预试验。两个点光源的干预试验中，两振源是装在同一支架上的振子，其装置如图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2-4-1 杨氏试验装置简图杨氏双缝干预试验的试验结果是： 在观看屏上显现等宽、 等间距的、 明暗相间的条纹。试验使得“微粒说”近乎土崩瓦解，并强有力的支持了“波动说” 。另外，分波面法得到干预现象典型的试验仍有菲涅尔双面镜干预、 菲涅尔双棱镜干预、劳埃镜干预不细绽开。2.4.2 分振幅法分阵幅法的典型例子有两种：等倾干预和等厚干预。为防止重复，后面要介绍的应用中会具体绽开相关内容。3 光的干预的应用3.1

8、 等倾干预的实际应用与等倾干预有着莫大联系的重要仪器有：迈克尔逊干预仪和发布罗 - 玻罗干预仪，在这里我们会简洁绽开一下迈克尔逊干预仪及其应用， 介绍之前， 我们先明白一下等倾干预。3.1.1 等倾干预简介简洁的说，等倾干预是薄膜干预的一种，是指相干光线在经过一层薄膜时， 倾角相同的光会在薄膜厚度为常数 h 的条件下，发生对应同一级条纹的干预现象。3.1.2 迈克尔逊干预仪及其应用可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-1-2-a 迈克尔逊干预实物图迈克尔逊是美国物理学家， 主要从事光学和光谱学方面的争论。 以其毕生精力从事光速的精密测量。 由于他在光学精密测量仪器、 光谱学及

9、基本度量学中的杰出贡献， 1907 年获得了美国的第一个诺贝尔物理学奖。在迈克尔逊干预仪的两臂中分别引入100.0mm 长的玻璃管 A、B，其中一个抽成真空，另一个在充以一个大气压空气的过程中观看到107.2 条条纹移动，所可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结用波长为107.1nm ，就其折射率可以这样求得：图3-1-2-b测量折射率简图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设空气的折射率为 n2nl2l2l n1相邻条纹或说条纹移动一条时， 对应光程差的变化为一个波长， 当观看到 107.2 条可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结纹过时, 光程差的转变量满意

10、：2l n1107.2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结n107.22l11.0002927可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结迈克尔逊干预仪的两臂中便于放入待测样品，由条纹的变化测量有关参数。3.1.3 迈克尔逊 - 莫雷试验1887年迈克尔逊和莫雷依据设想： 假如以太存在而且以太又不完全为的球运动所带动， 就的球对于以太的运动速度就是的球的肯定速度。利用的球的肯定速度和光速在方向上的不同， 应当在所设计的迈克尔逊干预仪试验中观测某种预期的结果，从而求得的球相对以太的速度。迈克尔逊- 莫雷试验始终被认为是狭义相对论的主要试验支柱。另外，法布尔- 玻罗干预仪也是与等倾

11、干预原理有很大联系的一种光学仪器，由于内容及字数的限制在此不再绽开。3.2等厚干预及其应应用与等倾干预一样， 等厚干预也是薄膜干预的一种， 与之不同的是， 等厚干预是在相干光线与薄膜倾角不变的情形下， 照耀到薄膜厚度相同的相干光线在反射之后对应着同一级的相干条纹的干预现象。a. 劈尖及其应用图 3-1-2-a劈尖仪器平整度检测利用干预现象仍可以检测加工过程中工件外表的几何外形与设计要求之间 的微小差异。 简洁的说， 第一将两块玻璃构成一个劈尖， 然后用单色光从劈尖上可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结方垂直照耀，最终观看条纹外形，如以下图所示：图3-1-2-b利用劈尖干预检验光学仪

12、器的平整度如上图所示， 假设显现的条纹不是等宽等间距， 且平行与棱边， 就被测光学仪器的外表不是平整的。精度很高的平面玻璃板样板。使样板的平面与待测件的外表接触， 于是此二外表间形成一层空气薄膜。 假设待测外表确是合格的平面，就当光照耀时， 薄膜形成的干预光强呈一片匀称或是平行、 等间隔的直条纹。假如待测外表在某些局域偏离了平面， 就此处的干预光强与别处不同或者干预条纹在该处出现弯曲。从条纹变异的情形可以推知待测外表偏离平面的情形。测量波长lh2 nl 2 n其中 是两个劈尖之间的夹角， n 是两块玻璃的折射率，是待测波长。 除以上两种应用之外， 利用劈尖仍可以测量精密仪器的微小长度微小长度变

13、化等。另外仍有牛顿环全息干预同样与人们的生活密不行分。在迈克耳孙测星干预仪被创造以前， 恒星直径的测量始终是天文学上的一个难题，由于已知体积最大的恒星的角直径也只有10 角秒。然而即使是迈克耳孙测星干预仪， 其辨论率也只能测量某些巨星的角直径， 对质量稍小的恒星就无能为力。正是激光和外差干预技术的创造， 自二十世纪七十岁月起在测星干预领域引发了一场革新。 在这些经改良的干预仪中， 望远镜捕获到的星光与本的的激光发生外差干预， 两者频率特别接近， 从而产生了射电频域内的拍频信号。 并且由于这个拍频信号的光强来自星光和激光光强的乘积，这种干预从而能获得更高的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师

14、归纳总结辨论率。此外这些试验大多使用了波长为 10.6 微米的二氧化碳激光，这也是由于较长的波长能提高外差干预的辨论率。 1974 年，约翰森、贝茨和唐尼斯建造了一台基线长度为 5.5 米的差频干预仪， 使用了功率为 1 瓦特并经过稳频的二氧化碳激光，其工作波长为 10.6 微米。他们用这台干预仪对一系列红外线源进行了观测， 包括 M型超巨星、 米拉变星， 并取得了一些星周尘壳的温度和质量分布等信息。而今随着技术和制造工艺的进步， 这类干预仪的基线长度已经可以扩展到几百米的距离，从而克服了最初迈克耳孙测星干预仪遇到的困难。天体测量学上的另一个问题是关于天体的位置和运动的测量。 通过对恒星进行精

15、确定位，可以将观测到的射电源位置和它们观测到的相应光学位置进行比对，从而直接测量它们的视差并建立宇宙距离尺度。此外这种测量仍能帮忙确定 双星系统轨道的尺寸和外形。 这类干预仪包括位于亚利桑那州的海军原型光学干预仪NPOI ，它由四个基本部分组成 Y 形，彼此之间的干预臂长度为 20 米，NPOI对天体的定位可以到达毫角秒的量级。 以及太阳系外行星天文干预仪 ASEPS-0，它通过监视恒星因环绕其运动的行星而引起的反映运动来争论太阳系外行星。引力波探测引力波是广义相对论所预言的以光速传播的时空扰动，虽然引力波与物质的相互作用特别柔弱， 但已有间接的天体观测证据说明它的确存在于诸如双星系统这样的天

16、体中， 并对这类天体的物理性质有着重要影响。 对引力波的直接观测不仅可以验证广义相对论， 更重要的是供应了一种有别于基于电磁波观测的传统观测天文学的新观测手段。 并且由于电磁波与引力波的不同性质，引力波天文学所争论的将是借助电磁波无法观测到的宇宙的另一个侧面。自二十世纪七十岁月起，人们逐步熟悉到基于干预原理的引力波探测器是一种较有期望胜利的设计， 这类探测器的基本构成都是一架等臂迈克耳孙干预仪：本质上，激光干预引力波探测器是对干预臂的长度变化进行测量， 并对所观测得的数据进行分析， 寄期望于查找到其中引力波所导致的影响。 即引力波所导致的干预臂长度变化与干预臂长度的比值。其中和是引力波的两个偏

17、振态， 和是探测器分别对这两个偏振态的响应， 是引力波的应力强度。在实际操作中，来自外界振动、分子热运动、以及光检测器读出的散粒噪声等噪声会叠加到观测数据中，因而对一般来自天体的引力波而可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结言，如要探测到它们要求探测器的灵敏度要优于并尽可能的降低其他噪声。通过使用较长的干预臂同时在两端分别增加法布里珀罗谐振腔，以及采纳功率回收技术等方法，可以有效的降低噪声并提高干预仪的灵敏度。4 总结光学的进展史是曲折而多变的，人们对光的本质的熟悉分为以下几个阶段： 17 世纪，人们提出了光本性的两种学说“微粒说”与“波动说” 。光的“微粒说” 由笛卡尔提出，并得到

18、了牛顿的支持。 “微粒说”认为光是由一份一份的微粒所组成的。由于牛顿在科学界的威望，以及“波动说”不成熟，在17 世纪和 18 世纪，多数的科学家倾向于“微粒说” 。19 世纪初，英国科学家托马斯杨，设计并完成了闻名的“杨氏双缝干预试验” ，提出了“光的干预原理” ，动摇了“微粒说”的位置，并有力的支持了“波动说” 。与托马斯杨同一时期的科学家菲涅尔把惠更斯的子波假设和杨氏干预原理相结合， 提出了“惠更斯 - 菲涅尔原理”。1817 年，托马斯杨证明光波是一种横波，验证了之前惠更斯与菲涅尔的设想，至此，波动说已占尽优势，微粒说几近崩溃。结合前面对光的干预的学习与探究， 通过对相关学问的查阅与摸索， 我们编汇了本文， 文章重点介绍的是： 光的干预在日常生活中、 一般物理试验中的应用以及在天文学方面的进展和应用。 从光的干预的应用较为深化的争论了它与现代生活的联系之亲密， 或许你不会想到我们平常用的百元大钞上竟然也包含着干预的影子。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结参考文献1 赵凯华 主编 新概念物理教程光学高等训练出版社，20042 钟锡华 主编 现代光学基础北京高校出版社，20053 谢敬辉，赵达尊，阎吉利物理光学教程北京理工高校出版社，20054 叶玉堂光学教程清华高校出版 ,2005可编辑资料 - - - 欢迎下载