波动光学-干涉.ppt

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1、第一章光的干涉第二章光的衍射第三章光的偏振波动光学1.光学的发展几何光学波动光学量子光学引言线性光学非线性光学2.波动光学对光的描述光是电磁波单色光：频率恒定的一列无限长E矢量的简谐光波。与物质相互作用（感光、生理作用）的主要是E矢量-光矢量。E矢量的振动称为光振动。第一章光的干涉（Interferenceoflight）§1光源的发光特性一.光源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10-8秒1.普通光源：自发辐射互相独立互相独立同一原子先后发的光不同原子发的光互相独立：前后发光间隔，频率,位相,振动方向,传

2、播方向2.激光光源：受激辐射频率,位相,振动方向,传播方向完全一样！=(E2-E1)/hE2E1二.光的相干性1.两列光波的叠加(只讨论电振动)P:12E0E10E20p12r1r2非相干光源（普通光源）I=I1+I2—非相干叠加(光强叠加)干涉项p12r1r2干涉项的时间平均值为零不恒定完全相干光源（如激光光源）▲相长干涉（明）(k=0,1,2,3…)▲相消干涉（暗）(k=0,1,2,3…)决定于P点的位置恒定Io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IImaxImino2-2

3、4-42.条纹衬比度（对比度，反衬度）3.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*§2双缝干涉一.双缝干涉p·r1r2xx0xIxxDdo单色光入射d>>λ，D>>d(d10-4m,Dm)波程差：相位差：明纹暗纹条纹间距(1)一系列平行的明暗相间的条纹；(3)中间级次低；明纹:k，k=1,2,3…(整数级)暗纹:(2k+1)/2(半整数级)(4)条纹特点：(2)不太大时条纹等间距；某条纹级次=该条纹相应的(r2-r1)/二.光强公式若I1=I2=I0,则光强曲线I02-24-4k012-1-24I0x0x1x2x-2x-

4、1sin0/d-/d-2/d2/d§3其他分波面干涉实验(自学)§4空间相干性一.空间相干性的概念光源宽度对干涉条纹衬比度的影响设光源宽度为bBDI非相干叠加+1L0N0M0Lb/2d/2LMNS1S2xI合成光强0Nx+1L0M0L-1N=Dλ/d二.极限宽度当光源宽度b增大到某个宽度b0时，干涉条设B>>d和b(一级明纹)纹刚好消失，b0称为光源的极限宽度。doDB+1L·r2r1r1r2单色光源b0/2·xL△x/2(B>>b0,d)—光源的极限宽度时，才能观察到干涉条纹。doDB+1L·r2r1r1r2单色光源b0/2·

5、xL△x/2三.相干间隔和相干孔径角1.相干间隔若b和B一定，则要得到干涉条纹，必须—相干间隔d0越大，光场的空间相干性越好。2.相干孔径角S1S2b0d0B━相干孔径角0越大空间相干性越好。激光光源可以不受以上限制在θ0范围内的光场中，正对光源的平面上的任意两点的光振动是相干的。四.应用举例1.测遥远星体的角直径：bdB星体bdB星体考虑到衍射的影响，有M1M2M3M4屏测星干涉仪2.屏上条纹消失时，反射镜M1M4间的距离就是d0，测猎户座星nm测得得λλ使d=d0则条纹消失一.光的非单色性1.理想的单色光、2.准单色光、谱线宽度准单色光：在

6、某个中心波长（频率）附近有一定波长（频率）范围的光。谱线宽度：0oII0I0/2谱线宽度(1)自然宽度·Ei+1Ei+1EiEi§5时间相干性造成谱线宽度的原因(2)多普勒增宽(3)碰撞增宽二.非单色性对干涉条纹的影响0123456012345Ix-(/2)+(/2)合成光强干涉的最大级次三.相干长度与相干时间1.相干长度两列波能发生干涉的最大波程差：中心波长SS1S2c1c2b1b2a1a2·pS1S2Sc1c2b1b2a1a2p·注:等代表波列只有同一波列分成的两部分经不同的光程再相遇时才能发生干涉。波列长度就是相干长度光通过相干长度所需时间2

7、.相干时间§6光程一.光程、光程差真空中··dabλ媒质中··abndλn媒质n─媒质中波长光程:L=nd─真空中波长…………n1n2nmd1d2dm光程差：=L2-L1[例]·S1S2r1r2dnpP:二.使用透镜不会产生附加光程差Sacb··S物点到象点各光线之间的光程差为零相位差和光程差的关系：光程L=(nidi)§7薄膜干涉(一)——等厚条纹一.劈尖（劈形膜）夹角很小的两个平面所构成的薄膜ennn·A反射光2反射光1单色平行光(设n>n)·S121、2两束反射光来自同一束入射光，它们