光源對干涉的影響及干涉的應(yīng)用

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1、光源對干涉的影響及干涉的實(shí)際應(yīng)用【摘要】利用光的波動特性的進(jìn)行的干涉和衍射現(xiàn)象已用于科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域,提高光波的相干性對充分利用干涉和衍射現(xiàn)象具有重要意義。光的干涉的應(yīng)用廣泛且極具價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】干涉條紋；光程差；相干時(shí)間；相干長度；應(yīng)用；TheinfluenceofthelightsourceofinterferenceandinterferenceinthepracticalapplicationAbstract:Tomakeuseoflightwavecharacteristicsofinterferenceanddiffractionphenomenonhasbeenu

2、sedinthescientificresearchandproductionpracticeeachdomain,improvethecoherenceofthewavesoflighttomakefulluseofinterferenceanddiffractionphenomenonhasimportantsignificance.Lightinterferenceandextensiveapplicationofextremelyvalue.Keywords:interferencefringe；Pathlengthdifference；coherencetime;coherenc

3、elength；apply；第一章光源對干涉的影響1.1單色光源對干涉條紋清晰度的影響一般使用的單色光源其實(shí)并不是單一頻率的理想光源，它的光譜線總是有一定的寬度的，如圖1所示，由于在這一波長分布范圍內(nèi)的每一波長的光均會形成各自的一組干涉條紋，而且各組干涉條紋除零級條紋完令重合外，其他各級條紋互相間均有一定的位移。這樣各組條紋的非相干疊加的結(jié)果就會使條紋的可見度下降。圖1非理想單色光源的波長分布若理想的單色光源照射雙狹縫，產(chǎn)生等間距的平行直條紋，其間距為其屮d為縫間間距，/為屏幕到雙縫之距離，當(dāng)d、f一定時(shí)，條紋間距與X成正比。考慮實(shí)際光源的波長范圍，設(shè)最大波長G+的條紋間距為心，最小波長(

4、X—M/2〉的條紋間距為Ax。，貝

5、J:Ax；t1=+=顯見那么，在*軸上必存在一點(diǎn)々，它滿足如下關(guān)系，對于長波的干涉閣樣為k級亮條紋，對于短波的干涉圖樣為(k+1)級亮條紋。見圖3,可推出K(X+-^)=(K+l)a—^2—)?解得予是~的光程差為手.可見各波長的零級亮條紋都在坐標(biāo)原點(diǎn)處重疊，其余各亮條紋依次錯(cuò)開。若短波(x-Al/2)的各級亮條紋中心分別在1,2,3"?各點(diǎn)；長波O^Ak/2)的各級亮條紋屮心分別在H，2'，3'，???各點(diǎn)，則其余各種波長在的各級亮條紋分別出現(xiàn)在1與V，2與2',3與??之間，不是一點(diǎn)，而是一個(gè)區(qū)域，隨著干涉級的增加，各級亮條紋的疊加區(qū)成正比的加寬。亦

6、即同一級亮條紋的光能量分布區(qū)將隨著干涉級的增加而增大。其合成強(qiáng)度，零級最大，其余各級依次減小。而暗條紋的疊加區(qū)也將隨著干涉級的增加面增大。致使干涉圖樣的可見度降低。當(dāng)干涉級滿足時(shí)，k級亮條紋的光能量分布區(qū)己擴(kuò)大到AV2）的k級亮條紋與（k+1）級亮條紋之間,即各種波長的k級亮條紋混成一片，使這一區(qū)域的強(qiáng)度起伏消失。見圖3。自此之后干涉現(xiàn)象消失.故得結(jié)論如下：若光源發(fā)出的光具有一定的波長范圍AX,則在干涉場中存在著產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的最大光程差，稱為該光源的相干長度，記為“。當(dāng)吋，由AK了可得,即一個(gè)波列的長度，也可寫作AXAv得xV；推出。此式表明光源的譜線寬度與相干吋間成反比，譜線越窄，相干長

7、度越長，相干性就越好。光源的相干長度反映了光源的單色性的好壞，它是與光譜線寬度成反比的，光源的單色性越好，光源的譜線寬度就越小，光源的相干長度就越長。1.2光源的時(shí)間相干性對干涉條紋的影響所有的光源所發(fā)射的光波只有在有限的空間范圍內(nèi)并且在一定的時(shí)間內(nèi)才可以看做是穩(wěn)定的，也就是說光源向外發(fā)射的波列都是有限長的，而波列的長度是由原子發(fā)光的持續(xù)時(shí)間和傳播速度確定的。圖2楊氏干涉實(shí)驗(yàn)圖2是楊氏干涉實(shí)驗(yàn)，為一點(diǎn)光源，為在某一時(shí)刻發(fā)射的一列光波，這一列光波被楊氏干涉裝置分成了兩個(gè)波列，這兩個(gè)波列沿不同路徑傳播后，又重新相遇。由于這兩列波是從同一波列分割出來的，所以它們具冇完全相同的頻率和一定的相位關(guān)系

8、，可以發(fā)生干涉，并能觀察到干涉條紋。如果兩路的光程差太人，和到考察點(diǎn)的光程差大于波列的長度，使得當(dāng)波列剛到達(dá)點(diǎn)吋，波列已經(jīng)過去了，兩列波不能相遇，無法發(fā)生干涉，而此時(shí)另一發(fā)光吋刻發(fā)出的波列分割后的波列剛好和相遇并疊加，但由于波列和無固定的相位關(guān)系，因此與在考察點(diǎn)無法發(fā)生干涉。所以干涉的必要條件是兩光波在相遇點(diǎn)的光程差小于波列的長度。經(jīng)過上述的討論可知，波列的長度至少應(yīng)等于最大光程差。而光源的相干長度就是定義為同一光源分出