1、關于半波損失的幾個實驗驗證姓名：班級：學號：【摘要】在大學物理的波動光學部分，半波損失是一個重點內容。而進行干涉的相關計算 研究時又不得不考慮半波損失的影響。于是本文通過菲涅爾公式分析了半波損失，也從幾個 比較經典的干涉實驗來驗證半波損失的存在。【關鍵詞】半波損失 勞埃德鏡實驗 劈尖干涉 牛頓環半波損失的基本概念所謂“半波損失”，就是當光從折射率小的光疏介質射向折射率大的光密介質時，在入 射點，反射光相對于入射光有相位突變n，即在入射點反射光與入射光的相位差為n，由于 相位差n與光程差入/2相對應，它相當于反射光多走了半個波長A /2的光程，故這種相 位突變n的現象叫做半波損失。半波損失僅存在

2、于當光從光疏介質射向光密介質時的反射 光中，折射光沒有半波損失。當光從光密介質射向光疏介質時，反射光也沒有半波損失。實驗和理論研究表明光從光疏介質射向光密介質時，在掠入射（入射角接近90度）或 正入射（入射角為0度）的情況下，在兩種介質界面處反射時相位發生口的突變。這一變化 導致反射光的光程差附加了半個波長，稱為半波損失。反射光會發生半波損失的原因反射光的相位躍變情況較為復雜，它有兩個轉折，一個是入射角。ie b（布儒斯特角） 和。1n2和n1n2時的躍變情況不同。現對 這幾種狀況分別加以討論。從菲涅爾公式出發。n1n2的情況若n1e 2,因此sin（e 1-。2）0，又因sin（e 1+e

3、2）0 所以在這種情況下，r永遠為負值。即光束由n小的介質進入n大的介質時，不論入射角為 何值，反射光的垂直分量永遠都口的相位突變。至于平行分量，在e 1e b和e 1e b時的情況不一樣。e 1e b時，有e 1+e 20,tan（e 1-e 2）0 或 r/為正。而在e 1e b 時， 有e 1+e 290 ，因此tan（e 1+e 2）0或r/為負，所以有：光束從n小的 介質進入n較大的介質時，若入射角e 1e 8，則有口的相位突變。n1n2的情況若n1n2，則有e 1e 2，因此sin（e 1-e 2）0，這是r為正。即：光束由n大的介質進 入n小的介質時，不論入射角為何值，反射光的垂

4、直分量永遠都沒有n的相位突變。至于平 行分量，在e 1e B時有tan（e 1-e 2）e B時，有tan（e 1+e 2）0， 故r/為正。所以：光束從n大的介質進入n較小的介質時，若入射角e 1e B，則無n的相位突變。因此，在小角度入射和掠入射兩種 情況下，光波由光疏介質進入光密介質時，則會出現半波損失，反之則沒有。實驗驗證半波損失1.勞埃德鏡實驗牛_-T P右面就是勞埃德鏡的實驗示意圖L 一p-從S發出的光一部分直接照射到光屏W上，另 Q 一部分已近90度的入射角射到M上，然后再 日二二工可呵廣甘=-q 反射到光屏E上。勞埃德鏡干涉是用分波陣面 法實現的。在光屏W上兩束光相互重疊的區域

5、L*內觀察到明暗相間的干涉條紋。此時將光屏W移到B的位置處，使之與勞埃德鏡M相接觸，在接觸點B處，從1和2處發出的光程是相 等的，似乎接觸處應是明紋，但是從實驗的結果看來，該處應是暗紋。這個事實說明了由M 鏡面反射出來的光和直接射到屏上的光在A處的相位相反，即存在n的相位差。由于直接照射的光的相位不會變化，所以只能認為光從空氣射向M鏡發生反射時，反 射光的相位有了。的變化。所以由此可以看出半波損失的存在，這也是驗證半波損失的經典 實驗。2.劈尖干涉實驗右面便是劈尖干涉的實驗示意圖。設由單色點光 源發出的光經過透鏡形成平行光，再經過鍍有半透半 反銀膜的分光板反射垂直入射到劈尖形薄膜上，則在 劈尖

6、形薄膜上形成干涉條紋，借助讀數顯微鏡就可觀 察到放大了的平行于棱邊的明暗相間的等直條紋。在 劈尖處，如果沒有半波損失的話，由于此處厚度為0， 劈尖應該有亮條紋。但是由具體實驗發現，e=0，的棱邊處是暗條紋。由于入射光不會發生相 位變化，而反射光如果不發生相位的變化的話，棱邊出應為亮條紋，而由于反射光的相位有了。的變化。所以入射光與反射光抵消，棱邊處出現暗條 紋。所以劈尖干涉實驗也是半波損失的例證。3 牛頓環實驗右邊便是牛頓環的實驗示意圖。實驗也是等厚干涉的一種，具體的實驗過程不做詳述。由 于中心的0點處e=0，如果沒有半波損失的影響，由于入 射光和反射光的交疊作用，中心處應為亮圓環。而就實驗

7、觀察的結果來看，中心處為暗條紋。此實驗結果說明反射 光發生了半波損失，反射光的相位發生了。的變化，與入 射光相抵消，故出現暗圓環。4.邁克爾遜干涉儀下圖便是邁克爾遜干涉儀的示意圖。圖中有兩個透鏡，而右邊那個透鏡就是為了補償半波損失及光程差而設計的。由于，由S點入射的光線經過分光 計，一半透過透鏡，一半反射上去。此后光線又被反射回來， 經過原來的透鏡。而經過分析，波疏向波密的傳播的時候會 產生半波損失，兩條光線兩次半波損失，保證了最后的結果 不受到半波損失的影響。這樣任何光程差都與G1,G2無關。 而由此可見半波損失在干涉實驗及干涉儀器設計的重要性。四.結論由上述的關于半波損失的原因及幾個驗證半波損失的干涉實驗討論，我們可以看出，半 波損失在波動光學中的重要性。并且我們也能夠從半波損失的實際實驗中客觀地研究它的存 在性