光3.光的干涉.ppt

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1、波动光学1光学是研究光的传播以及它和物质相互作光学通常分为以下三个部分：▲几何光学：以光的直线传播规律为基础，▲波动光学：研究光的电磁性质和传播规律，▲量子光学：以光的量子理论为基础，研究各种成象光学仪器的理论。是干涉、衍射、偏振的理论和应用。物质相互作用的规律。主要研究光与特别用问题的学科。2光的干涉（Interferenceoflight）3§光源的相干性一.光源（lightsource）光源的最基本发光单元是分子、原子。=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列波列长L=c42.激光光源：受激辐射

2、=(E2-E1)/hE1完全一样E21.普通光源：自发辐射··独立（同一原子先后发的光）独立（不同原子发的光）（传播方向，频率，相位，振动方向）5二.光的相干性1.两列光波的叠加·P··12r1r2P：12E0E10E20干涉项（只讨论电振动）6非相干光源：I=I1+I2—非相干叠加完全相干光源：▲相长干涉（明）（k=0,1,2…）▲相消干涉（暗）(k=0,1,2…)7I02-24-44I1衬比度差(V<1)衬比度好(V=1)振幅比，▲决定衬比度的因素：光源的宽度光源的单色性，IIm

3、axImin02-24-4干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）。2.条纹衬比度（对比度，反衬度）(contrast)83.普通光源获得相干光的途径PS*分波面法：分振幅法：·P薄膜S*在P点处相干叠加9§双缝干涉及其他分波面干涉实验一.双缝干涉r1r2xdxD0单色光入射d>>，D>>d（d10-4m，Dm）波程差：相位差：P·10明纹暗纹条纹间距：x0xIxr1r2xdxD0P·11（1）一系列平行的明暗相间的条纹；（3）中间级次低，两边级次高；明纹：k，k=1，2…（整数

4、级）暗纹：(2k+1)/2（半整数级）（4）条纹特点：（2）不太大时条纹等间距；白光入射时，0级明纹中心为白色（可用来定0级位置），其余级明纹构成彩带，第2级开始出现重叠（某条纹级次=该条纹相应的之值）（书P124例3.1）12白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片13二.光强公式若I1=I2=I0，则光强曲线k012-1-2I02-24-44I0sin0/d-/d-2/d2/dx0x1x214三.干涉问题分析的要点：（1）搞清发生干涉的光束；（2）计算波程差（光程差）；（

5、4）求出光强公式、画出光强曲线。（3）搞清条纹特点：形状、位置、级次分布、条纹移动等；15四.其他分波面干涉实验要求明确以下问题：1.如何获得的相干光；2.明、暗纹条件；3.干涉条纹特点：4.劳埃德镜实验说明了什么？重点搞清劳埃德镜实验。形状、间距、级次位置分布；16一.光的非单色性1.理想的单色光、2.准单色光、谱线宽度有一定波长（频率）范围的光。谱线宽度：准单色光：在某个中心波长（频率）附近00II0谱线宽度§时间相干性（temporalcoherence）17（1）自然宽度EjEiEi3.

6、造成谱线宽度的原因：（2）多普勒增宽（3）碰撞增宽·Ej18二.非单色性对干涉条纹的影响设能产生干涉的最大级次为kM，-(/2)+(/2)合成光强123456012345x0I又则应有：19三.相干长度与相干时间1.相干长度（coherentlength）两列波能发生干涉的最大波程差叫相干长度。SS1S2c1c2b1b2a1a2·PS1S2Sc1c2b1b2a1a2P·才能发生干涉。上图表明，波列长度就是相干长度。相干长度能干涉不能干涉只有同一波列分成的两部分，经过不同的路程再相遇时，：中心波长20

7、普通单色光：激光：（实际上，一般为101101m）（理想情况）21光通过相干长度所需时间叫相干时间。2.相干时间（coherentlength）的长短来衡量的。光的单色性好，相干时间时间相干性也就好。时间相干性的好坏，就是用相干长度δM（波列长度）或相干时间（波列延续时间）相干长度和相干时间就长，22§空间相干性（spatialcoherence）一.空间相干性的概念讨论光源宽度对干涉条纹衬比度的影响。S1d/2S2RD光源宽度为bb/2LMN0M0N0LI非相干叠加+1L1NxI合成光强Ix合成光

8、强23xI合成光强0Nx+1L0M0L-1NS1d/2S2RD光源宽度为b0b0/2LMN0M0N0LI非相干叠加+1L1N二.极限宽度当光源宽度b增大到某个宽度b0时，纹刚好消失：干涉条24D>>d：R>>b0、d：b0就称为光源的极限宽度，△x/2+1Lr1d0DR·r2r1r2单色光源b0/2xLM其计算如下：此时L的一级明纹的极大在一级