《光的干涉a》PPT課件

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1、第三章光的干涉基本要求一、深入理解兩個(gè)光波的非相干疊加和相干疊加，深入理解相干條件和光的干涉定義。二、掌握位相差和光程差之間的關(guān)系，牢固掌握分波前干涉裝置的干涉光強(qiáng)分布的各種規(guī)律，包括干涉條紋間距和條紋形狀等。三、掌握分振幅等傾干涉和等厚干涉的條紋特征和光強(qiáng)分布及其應(yīng)用；能計(jì)算增透及增反膜、劈尖膜、牛頓環(huán)等干涉問(wèn)題。四、了解波場(chǎng)的時(shí)間相干性和空間相干性，以及它們對(duì)干涉條紋可見(jiàn)度的影響。五、掌握邁克爾孫干涉儀的結(jié)構(gòu)、光路及各項(xiàng)應(yīng)用。六、了解多光束干涉的光強(qiáng)分布特點(diǎn)和法布里—珀羅干涉儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)及其在譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)分析上的應(yīng)用。§3.1光的相干條件一、干涉的

2、三個(gè)要素：光的干涉現(xiàn)象：是當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)光波（光束）在空間相遇疊加時(shí)，在疊加區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的各點(diǎn)強(qiáng)度穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布現(xiàn)象。實(shí)際光波不是理想單色光波，因而要使實(shí)際光波發(fā)生干涉，必須利用一定的裝置，讓光波滿足某些條件（干涉條件）。光源干涉裝置——能產(chǎn)生兩束或多束光波并形成干涉現(xiàn)象的裝置。干涉圖形1、干涉問(wèn)題的三個(gè)要素——其性質(zhì)由位置、大小、亮度分布和光譜組成等因素決定；“干涉裝置”的性質(zhì)主要體現(xiàn)它對(duì)各個(gè)光束引入的位相延遲；——由輻照度分布描述，包括干涉條紋的形狀、間距、反襯度和顏色等。通常它可以被直接測(cè)量。2、干涉問(wèn)題研究干涉三個(gè)要素之間的關(guān)系，從而由其中兩者求出

3、第三者。二、光的相干條件考慮兩單色點(diǎn)源在波場(chǎng)中某點(diǎn)P相遇時(shí)產(chǎn)生干涉的條件。設(shè)兩光束的波函數(shù)分別為：則P點(diǎn)的瞬時(shí)合振動(dòng)為:由于光振動(dòng)頻率極高，實(shí)際可觀測(cè)量的是在某段時(shí)間間隔τ中的電場(chǎng)平均能流密度即光強(qiáng)，忽略某些常數(shù)，它可記為：于是，有干涉項(xiàng)干涉項(xiàng)式中：①右端第一個(gè)時(shí)間平均值為零。即②右端第二個(gè)時(shí)間平均值，僅當(dāng)τ<2π/(ω2-ω1)時(shí)，才不為零。因?yàn)棣?、ω2極高，接收器響應(yīng)時(shí)間τ遠(yuǎn)大于2π/(ω1+ω2)，故為零。一般，?1和?2均為1015s-1量級(jí)，而?一般大于10-9s。故當(dāng)?1和?2僅僅相差百萬(wàn)分之一時(shí)便能使平均值為零。既使當(dāng)?1和?2之差在1

4、09s-1之內(nèi)時(shí)，可以探測(cè)到干涉項(xiàng)的拍頻效應(yīng)。但是，作為干涉現(xiàn)象而言，干涉場(chǎng)的強(qiáng)度分布也是不穩(wěn)定的。為了得到穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，首先需要滿足的條件是：?1=?2（1）另：為了使干涉項(xiàng)不為零，其系統(tǒng)應(yīng)不等于零，即說(shuō)明：和不互相垂直是產(chǎn)生干涉的又一個(gè)必要條件。對(duì)于嚴(yán)格的單色波而言，上述兩個(gè)條件足以保證產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。但在光學(xué)波段內(nèi)不存在嚴(yán)格的單色波，普通光源的每個(gè)發(fā)光原子都是間斷地發(fā)光的，每次發(fā)光的持續(xù)時(shí)間為10－8s量級(jí)。各個(gè)原子或每個(gè)原子各次發(fā)射光波在位相上是互不相關(guān)聯(lián)的。即式中的?10和?20都不是常量，而是在[0，2π]區(qū)間內(nèi)等概率地?zé)o規(guī)則跳躍，跳躍頻率

5、也是高達(dá)108s－1的隨機(jī)量。只要?10和?20各自獨(dú)立地變化，則干涉項(xiàng)中的第二項(xiàng)的平值將至少是不穩(wěn)定的。故，得到穩(wěn)定干涉場(chǎng)的唯一可能是：?10和?20按同樣的規(guī)律跳躍變化。即:?10(t)－?20(t)＝常數(shù)　（３）即：對(duì)于普通光源，僅當(dāng)兩個(gè)光束來(lái)自光源上的同一個(gè)地點(diǎn)且為同一個(gè)波列時(shí)，才能發(fā)生干涉。滿足這些條件的兩束或多束光波稱為“相干光波”。相應(yīng)的光源稱為相干光源。?1=?2（1）故，產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件為：?10(t)－?20(t)＝常數(shù)?。ǎ常┤⑾喔晒馐漠a(chǎn)生方法將一個(gè)光波分離成兩個(gè)相干光波，一般有兩種方法：1、分波前法——讓光波通過(guò)并排的兩個(gè)

6、小孔或利用反射和折射方法，把光波的波前分割出兩個(gè)部分(波面的各個(gè)不同部分作為發(fā)射次波的波源，然后這些次波交疊在一起發(fā)生干涉)，相應(yīng)的裝置為分波前干涉儀；2、分振幅法——利用兩個(gè)部分反射的表面通過(guò)振幅分割產(chǎn)生兩個(gè)反射光或兩透射光波(次波本身分成兩部分，走過(guò)不同的光程，重新疊加并發(fā)生干涉)，相應(yīng)的裝置為分振幅干涉儀。由以上分析可知：為了獲得兩相干光波，只能利用同一個(gè)光源或者確切地說(shuō)利用同一個(gè)發(fā)光原子（一般稱發(fā)光點(diǎn)）發(fā)出的同一個(gè)波列的光波，并通過(guò)具體的干涉裝置使之分成兩個(gè)光波。pS*分波前法分振幅法·p薄膜S*必須指出：在具體的干涉裝置中，為了產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，

7、光是利用同一原子輻射的光波分離為兩個(gè)光波，條件還不夠充分，還必須使兩疊加光波的光程差不要太大。因?yàn)樵虞椛涞墓獠ㄊ且欢味斡邢揲L(zhǎng)的波列，進(jìn)入干涉裝置的每個(gè)波列也都分成同樣長(zhǎng)的兩個(gè)波列，當(dāng)光程差太大（光程差大于波列長(zhǎng)度）時(shí)，這兩個(gè)波列就不能相遇。綜上所述，產(chǎn)生穩(wěn)定干涉需要三個(gè)基本條件，即：由此：為了使干涉現(xiàn)象發(fā)生，必須利用同一原子發(fā)出的同一波列，即必須使光程差小于光波的波列長(zhǎng)度。一個(gè)補(bǔ)充條件：光程差小于波列長(zhǎng)度。四、光程和光程差此外，還有一些其它條件，如對(duì)光源大小的限制等。以后討論。相位差在分析光的干涉時(shí)十分重要，為便于計(jì)算光通過(guò)不同媒質(zhì)時(shí)的相位差，引入“

8、光程”的概念。這時(shí)相遇的是對(duì)應(yīng)于原子前一時(shí)刻發(fā)出的波列和后一時(shí)刻發(fā)出的另一波列，不同時(shí)刻相遇波