14-6 分波前干涉

分波前干涉实验的现代应用及原理分波前干涉实验，也称做前沿干涉实验，是一种利用前沿波来测量次级波的一种实验方法，这种实验涉及到波和光的原理，是物理学中研究有关声、光和电磁波传播行为的实验。

该实验不需要复杂的仪器，却能实现对声、光和电磁波的多种测试。

1、分波前现象的基本原理分波前现象是一种对非开放系统中的波能传播行为的实验方法，它是对多次复式干涉现象及相关现象的总结性阐释。

实验的基本原理是：一个定位的平行波束通过一组聚焦波束来形成一个复式的干涉现象，经过复式操作后，可以形成多次复式的干涉现象，然后导出强度的极大值和极小值。

这种现象比起两波束干涉现象来说更具有说服力，实验结果也更准确，所得的结果同时也比较稳定。

2、分波前干涉实验的现代应用（1）声学分波前干涉实验声学分波前干涉实验是利用多次复式干涉现象，测量声波能量的实验方法。

它可以用来测量声场和其他空间声学尺度参数，还可以用于测量声场的分布和噪声源的定位。

（2）光学分波前干涉实验光学分波前干涉实验是利用多次复式干涉现象，测量光波能量的实验方法。

它可以用来测量光场幅值的大小、折射率的改变等参数，也可以用于测量光的分布和定位光源等。

（3）电磁学分波前干涉实验电磁学分波前干涉实验是利用多次复式干涉现象，测量电磁波能量的实验方法。

它可以用来测量电磁波的电场和磁场的大小，以及其他参数的改变等。

三、总结分波前干涉实验是一种利用前沿波来测量次级波的一种实验方法，是物理学中研究有关声、光和电磁波传播行为的实验，它是对多次复式干涉现象及相关现象的总结性阐释，实验的基本原理是：一个定位的平行波束通过一组聚焦波束来形成一个复式的干涉现象，经过复式操作后，可以形成多次复式的干涉现象。

它可以用来测量声、光和电磁波能量的大小、改变等参数，同时也可以用于测量声、光和电磁波的分布和定位噪声源等。

光的干涉是光学中的一个重要现象，它描述了两个或多个光波在空间中相遇时相互叠加，形成新的光强分布的现象。

以下是一些关于光的干涉的基本知识点：
1. 相干性：要产生光的干涉现象，入射到同一区域的光波必须满足相干条件，即它们的振动方向一致、频率相同（或频率差恒定），且相位差稳定或可预测。

2. 分波前干涉与分振幅干涉：
- 分波前干涉：如杨氏双缝干涉实验，光源通过两个非常接近的小缝隙后，产生的两个子波源发出的光波在空间某点相遇，由于路程差引起相位差，从而形成明暗相间的干涉条纹。

- 分振幅干涉：例如薄膜干涉，光在通过厚度不均匀的薄膜前后两次反射形成的两束相干光相遇干涉，也会形成明暗相间的干涉条纹。

3. 相长干涉与相消干涉：
- 相长干涉：当两束相干光波在同一点的相位差为整数倍的波长时，它们的振幅相加，合振幅最大，对应的地方会出现亮纹（强度最大）。

- 相消干涉：当两束相干光波在同一点的相位差为半整数
倍的波长时，它们的振幅互相抵消，合振幅最小，对应的地方会出现暗纹（强度几乎为零）。

4. 迈克尔逊干涉仪：是一种精密测量光程差和进行精密干涉测量的重要仪器，可以观察到极其微小的变化所引起的干涉条纹移动。

5. 等厚干涉与等倾干涉：菲涅耳双棱镜干涉属于等倾干涉，而牛顿环实验则属于等厚干涉。

6. 全息照相：利用光的干涉原理记录物体光波的全部信息，包括振幅和相位，能够再现立体图像，是干涉技术的重要应用之一。

以上只是光的干涉部分基础知识，其理论和应用广泛深入于物理学、光学工程、计量学、激光技术等领域。

天津师范大学小学教育专业2010 级本科课程“《普通物理》”教学大纲一、课程基本信息课程编号：PHY22300C中文名称：普通物理课程类别：专业必修课适用专业：小学教育专业开课学期：3、4总学时：96（72+24）总学分： 5预修课程（编号）：《数学分析》（MAS23401L）并修课程（编号）：课程简介：本课程是小学教育专业理科方向的一门重要的必修课。

课程逻辑性强，与实际结合密切，对培养学生的逻辑思维能力、形象思维能力，提高分析问题和解决问题的能力都有十分重要的作用。

本课程教学内容以力学、热血、电磁学、光学等基础学科以及相关实验为主，并简要介绍相对论、原子物理、量子物理等前沿学科的发展，课程逻辑性、实践性非常强，本课程分两学期开展教学活动，理论课与实验课同步进行，理论课教学在投影教室结合课件进行，实验课在实验室进行。

每学期理论课36学时，实验课12学时。

理论课与实验课课时为3:1。

本课程的先修课程是《数学分析》，是《计算机原理与应用》、《地球和空间科学》、《电子技术基础》等课程的先修课程。

建议教材：面向21世纪课程教材，刘克哲主编《物理学》高等教育出版社上册：2005年6月第3版，ISBN：9787040165609下册：2005年6月第3版，ISBN：9787040165616参考书目：（三本以上）1. 《新概念物理教程》赵凯华、罗蔚茵编著高等教育出版社 1995年版7月第1版2. 《物理学导论》向义和编著清华大学出版社 1999年2月第1版.3. 《中学百科全书•物理卷》袁运开主编华东师范大学出版社 1994年版.4. 《电磁学问题讨论》缪钟英主编人民教育出版社 1994年版.5. 《物理学史教程》申先甲等编湖南教育出版社 1987年1月第1版.6. 《新编基础物理实验》吕斯骅等编高等教育出版社 2006年1月第1版普通高等教育“十五”国家级规划教材。

7. 《普通物理实习实验》孙敬姝等编著科学出版社 2005年4月第一版，21世纪高等院校教材，国家理科基地教材。

分波前双光束干涉实验观察双光束干涉现象，通常的办法是将同一波列分解为二，使他们经过不同的途径后重新相遇。

由于这样得到的两个波列是由同一波列分解而来，他们频率相同，相位差稳定，震动方向也可作到基本上平行，从而可以产生稳定的干涉场。

分解波列的方法通常有分波前和和分振幅两种方法，其中分波前方法是通过光具将光源波前分成两部分，使之分别通过两个光具组，经衍射、反射或折射后交叠起来，在一定区域内产生干涉场，经典的杨氏双缝实验就属于这类分波前干涉装置，分波前干涉装置有多种类型，其中利用切开的透镜可以组成多种对切透镜装置观察双光束干涉，此外劳埃德镜装置和菲涅耳双棱镜也是典型的分波前干涉装置。

在本实验中我们主要讨论典型的分波前干涉装置包括比列(Billet)对切透镜和梅斯林(Maslin)对切透镜两种利用对切透镜实现双光束干涉的实验装置，此外还有利用劳埃德镜装置和菲涅耳双棱镜实现双光束干涉。

1.待研究问题：(1)比列对切透镜双光束干涉现象有什么特点，如何观察。

(2)梅斯林对切透镜干涉现象有什么特点，如何观察。

(3)如何利用劳埃德镜装置观察双光束干涉现象。

(4)如何利用菲涅耳双棱镜装置观察双光束干涉现象。

2实验原理2.1比列(Billet)对切透镜实验比列对切透镜一般是将焦距为f的透镜中间宽度为a的部分切去，如图1所示将余下的两部分粘和后所构成。

图1 比列对切透镜组成粘合的比列对切透镜分波前双光束干涉可分为会聚光的干涉和发散光的干涉两种情形进行分析。

如图2所示，点光源S 位于透镜物方焦点以外的粘合透镜中心线上距离中心o 点距离为L ，根据透镜成像基本原理，该点光源将在透镜像方成实像,且由于上下两部分光心错开，因此点光源s 经过该粘合透镜将如图2所示得到两个实像S 1和S 2。

这样点光源发出的球面波将会由该粘合透镜分成两束光分别会聚与S 1与S 2。

在透镜后方如图2所示阴影区内则可以观察到两光束干涉现象。

根据图1所示粘合透镜的结构可知，粘合透镜上半部分的光心是在粘合透镜中心点O 下方a/2处的O 2，同理下半部分的光心是O 点上方a/2处的O 1，若原透镜焦距为f ，则可以通过透镜成像原理计算得到实像S 1S 2距离d 满足：f L aL-=d (1)根据两点光源的干涉原理，和粘合透镜成像情况，在阴影区域内光屏上的干涉条纹应为双曲线型，在傍轴情况下近似为平行直条纹，若光屏距离透镜距离为D 则根据(1)式及两点光源干涉基本原理可得条纹间距为：λ⋅+-=∆aLDf DL fL x (2)图2 比列对切透镜会聚球面波干涉比列对切粘合透镜干涉情况的典型光路是在对切透镜的中心线上物方焦平面上放置一点光源S ，如图3所示，由S 点发出的球面波经透镜上下两部分分割，分波前折射后变成夹角为θ的两束平行光，他们叠加后在斜线所示的区域内将产生干涉。

分波前干涉实验的现代应用及原理分波前干涉实验是一种光学实验，它在现代科学研究中有着广泛的应用。

分波前干涉实验通过将光波分成两条或多条不同的路径，然后再将它们重新合并，利用不同路径上的光波相位差来观察干涉现象，从而研究光的性质和光与物质的相互作用。

分波前干涉实验的原理基于光的波动性质。

光是一种电磁波，它可以通过传播的方式将能量传递出去。

当光波遇到障碍物或介质边界时，会发生折射、反射、散射等现象，这些现象都会导致光波的传播路径发生变化。

分波前干涉实验利用光波的干涉现象来研究光的传播路径和相位变化。

在分波前干涉实验中，首先需要将光波分成两条或多条不同的路径。

这可以通过使用光学元件如分光镜、反射镜、透镜等来实现。

分波前干涉实验中常用的元件是分光镜，它可以将入射的光波分成两条不同的路径。

然后，光波在不同的路径上传播，经过一系列的反射、折射、透射等过程，最后再将两条路径上的光波重新合并。

在光波重新合并的过程中，光波的相位差会产生干涉现象。

相位差是指两条光波在某一点的相位差异，它可以由光波的传播路径长度差、折射率差等因素引起。

当两条光波的相位差满足一定条件时，它们将发生干涉现象。

干涉现象可以表现为明暗条纹或彩色条纹的形式，这取决于光波的相位差和干涉条件。

分波前干涉实验在现代科学研究中有着广泛的应用。

首先，它可以用来研究光的波动性质。

通过观察干涉现象，可以确定光波的波长、频率、相速度等特性。

其次，分波前干涉实验可以用来测量光学元件的性能。

例如，通过测量光波的相位差，可以计算出光学元件的折射率、厚度等参数。

此外，分波前干涉实验还可以用来研究光与物质的相互作用。

例如，在光学材料的研究中，可以通过分波前干涉实验来分析光波在材料中的传播和反射特性，从而研究材料的光学性质。

除了光学领域，分波前干涉实验还在其他领域中得到应用。

例如，在粒子物理学中，分波前干涉实验可以用来研究粒子的波动性质和相互作用。

在声学领域，分波前干涉实验可以用来研究声波的传播和干涉现象。