光程与光程差

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例4.如图所示,用波长为 的单色光照射双缝干
涉实验装置,并将一折射率为 n、劈角为 a （a
很小）的透明劈尖 b 插入光线 2 中.设缝光源 S
和屏 c 上的 o 点都在双缝 S1 和 S2 在中垂线上.问 要使 o 点的光强由最亮变为最暗,劈尖 b 至少应
向上移动多大距离 d ( 只遮住S2 ) ?
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设光在折射率为 n 的介质中传播的几何路程为 L，
L vt
n C 有： L c t, nL ct
v
n
定义：
光程：光在介质中传播的波程与介质折射率的乘积。
nL
意义：光在t时刻内在真空中通过的路程nL就相当于 光在介质中在相同的时间内所通过的路程。
在一条波线上，波在介质中前进L，位相改变为：
在同一波线上不同两 点振动的位相差。
在相遇点引起的两个 振动的位相差。
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例1：已知：S2 缝上覆盖的介
质厚度为 h ，折射率为 n ，
设入射光的波为
S1
r1
S2
r2
问：原来的零极条纹移至何处？若移h至原来的第 k 级
明条纹处，其厚度 h 为多少？
解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差
(r2 h nh) r1
一、光程与光程差
1.光程
光源的频率不变，光在传播过程中频率保持不变。
在真空中光的波长为 ，光速为 C，进入折射率 为 n 的介质中后，波长n , 光速为 v ,则有：
C
v n
而
nC v
n
n
同一频率的光在不同介质中波长不相同。
处理方法：把光在介质中的波长折合成它在真空中的 波长作为测量距离的标尺，并进一步把光在介质中传 播的距离折合成光在真空中传播的距离。

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例3.在图示的双缝反射实验中，若用半圆筒形薄玻璃片 （折射率 n1=1.4 ）覆盖缝 S1，用同样厚度的玻璃片 （折射率 n2=1.7）覆盖缝 S2，将使屏上原来未放玻璃时 的中央明条纹所在处O变为第五级明纹。设单色光波长 =480.0nm，求玻璃片的厚度 d。 解：覆盖玻璃前
r2 r1 0
12
r
n2

2
n
L
2

nL
2

（同一波线上两点间的位相差）
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可以证明：光通过相等的光程，所需时间相同， 位相变化也相同。 如果光线穿过多种介质时，其光程为：
n1r1 n2r2 nn rn
r1 n1
r2 n2
ri ni
rn nn
niri
i 1
n
d 2n 1a 或 d 2n 1tga
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二、薄透镜不引起附加光程差
透镜可以改变光线的传播方向，但是在光路中 放入薄透镜不会引起附加的光程差。
F
F
波阵面
波阵面
通过光轴的光线波程最短，但在透镜中的光程长； 远离光轴的光线波程长，但在透镜中的光程短，总 的来讲，各条光线的光程都是相同的。
解:设 o 点最亮时,光线 2 在劈尖 b 中传播距离为 l1 ,则由双缝 S1 和 S2 分 别到达 o 点的光线的光 程差满足下式:

S1
S
1 2
b
o
S2
n 1l1 k
(1)
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设 o 点由此时第一次变为最暗时,光线 2 在劈尖 b 中传 播的距离为 l2 ,则由双缝 S1 和 S2 分别到达 o 点的两光 程差满足下式： 1 c n 1l2 k (2) 2 S1 1 (2) (1)得： o S 1 n 1l2 l1 (3) 2 S2 2 b 由图可求出： n 1l1 k (1) l2 l1 dtga da (4) 由(3)和(4)得：劈尖b应向上移动的最小距离为

D k , k 0,1, 2, d D D x14 x4 x1 4 d d xk
解 (1)
x14 d 3D 500nm
(2)
D x 30 mm d
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例2 在杨氏双缝装置中，若在下缝后放一折射率为n，厚为l 的 透明介质薄片，如图所示． 求 （1）求两相干光到达屏上任一点P的光程差；
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例3 用折射率 n=1.58 的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一 条缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹 的位置上。如果入射光波长为550 nm
求 此云母片的厚度是多少？
解 设云母片厚度为 d。无云母片时，零级亮纹在屏上 P点，
到达 P 点的两束光的光程差为零。加上云母片后，到达 P 点的两光束的光程差为
装置－光程差公式－明暗条纹条件－条纹特点－条纹变化－应用
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1. 劈尖
• 装置： 两光学平板玻璃一端接触， 另一端垫一薄纸或细丝 1 2 3 n


单色、平行光垂直入射 i 0

• 明暗条纹条件
2ne

2
2ne

2

2k

2 k 0、、 1 2 (2k 1) 暗 2 温州大学《大学物理学》教程
将 r2 r1
k 0,1,2,
d x 代入上式，可求得加介质片后第k级明纹 D 的位置 x 为 D D xk k (n 1)l d d
未加介质片时
D xk k d D l d
xk (n 1) xk xk
整个干涉图样向下平移，条纹间距不变

光程差的概念
光程差（Path Difference）是指光线通过两种不同介质时所经过的路径长度的差异。

在波动光学中，光程差是一个重要的概念，因为它决定了干涉、衍射和偏振等现象。

光程差对于理解光线如何通过介质以及如何与物质相互作用非常重要。

光程差的计算方法如下：
光程差= n1 ×Δd1 + n2 ×Δd2
其中：
n1 和n2 分别是两个介质的折射率
Δd1 和Δd2 分别是两个介质中光线所经过的路径长度差
当一个光波从一种介质传播到另一种介质时，它的速度发生变化，因为光的速度等于频率乘以波长，而波长与介质的折射率有关。

当光线从一个介质进入另一个介质时，折射率发生变化，从而导致光波波长的变化。

这种波长的变化导致了光程差的出现。