光源对干涉的影响及干涉的应用

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1、光源对干涉的影响及干涉的实际应用【摘要】利用光的波动特性的进行的干涉和衍射现象已用于科学研究和生产实践的各个领域,提高光波的相干性对充分利用干涉和衍射现象具有重要意义。光的干涉的应用广泛且极具价值。【关键词】干涉条纹；光程差；相干时间；相干长度；应用；TheinfluenceofthelightsourceofinterferenceandinterferenceinthepracticalapplicationAbstract:Tomakeuseoflightwavecharacteristicsofinterferenceanddiffractionphenomenonhasbeenu

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

3、elength；apply；第一章光源对干涉的影响1.1单色光源对干涉条纹清晰度的影响一般使用的单色光源其实并不是单一频率的理想光源，它的光谱线总是有一定的宽度的，如图1所示，由于在这一波长分布范围内的每一波长的光均会形成各自的一组干涉条纹，而且各组干涉条纹除零级条纹完令重合外，其他各级条纹互相间均有一定的位移。这样各组条纹的非相干叠加的结果就会使条纹的可见度下降。图1非理想单色光源的波长分布若理想的单色光源照射双狭缝，产生等间距的平行直条纹，其间距为其屮d为缝间间距，/为屏幕到双缝之距离，当d、f一定时，条纹间距与X成正比。考虑实际光源的波长范围，设最大波长G+的条纹间距为心，最小波长(

4、X—M/2〉的条纹间距为Ax。，贝

5、J:Ax；t1=+=显见那么，在*轴上必存在一点々，它满足如下关系，对于长波的干涉阁样为k级亮条纹，对于短波的干涉图样为(k+1)级亮条纹。见图3,可推出K(X+-^)=(K+l)a—^2—)•解得予是~的光程差为手.可见各波长的零级亮条纹都在坐标原点处重叠，其余各亮条纹依次错开。若短波(x-Al/2)的各级亮条纹中心分别在1,2,3"•各点；长波O^Ak/2)的各级亮条纹屮心分别在H，2'，3'，•••各点，则其余各种波长在的各级亮条纹分别出现在1与V，2与2',3与••之间，不是一点，而是一个区域，随着干涉级的增加，各级亮条纹的叠加区成正比的加宽。亦

6、即同一级亮条纹的光能量分布区将随着干涉级的增加而增大。其合成强度，零级最大，其余各级依次减小。而暗条纹的叠加区也将随着干涉级的增加面增大。致使干涉图样的可见度降低。当干涉级满足时，k级亮条纹的光能量分布区己扩大到AV2）的k级亮条纹与（k+1）级亮条纹之间,即各种波长的k级亮条纹混成一片，使这一区域的强度起伏消失。见图3。自此之后干涉现象消失.故得结论如下：若光源发出的光具有一定的波长范围AX,则在干涉场中存在着产生干涉现象的最大光程差，称为该光源的相干长度，记为“。当吋，由AK了可得,即一个波列的长度，也可写作AXAv得xV；推出。此式表明光源的谱线宽度与相干吋间成反比，谱线越窄，相干长

7、度越长，相干性就越好。光源的相干长度反映了光源的单色性的好坏，它是与光谱线宽度成反比的，光源的单色性越好，光源的谱线宽度就越小，光源的相干长度就越长。1.2光源的时间相干性对干涉条纹的影响所有的光源所发射的光波只有在有限的空间范围内并且在一定的时间内才可以看做是稳定的，也就是说光源向外发射的波列都是有限长的，而波列的长度是由原子发光的持续时间和传播速度确定的。图2杨氏干涉实验图2是杨氏干涉实验，为一点光源，为在某一时刻发射的一列光波，这一列光波被杨氏干涉装置分成了两个波列，这两个波列沿不同路径传播后，又重新相遇。由于这两列波是从同一波列分割出来的，所以它们具冇完全相同的频率和一定的相位关系

8、，可以发生干涉，并能观察到干涉条纹。如果两路的光程差太人，和到考察点的光程差大于波列的长度，使得当波列刚到达点吋，波列已经过去了，两列波不能相遇，无法发生干涉，而此时另一发光吋刻发出的波列分割后的波列刚好和相遇并叠加，但由于波列和无固定的相位关系，因此与在考察点无法发生干涉。所以干涉的必要条件是两光波在相遇点的光程差小于波列的长度。经过上述的讨论可知，波列的长度至少应等于最大光程差。而光源的相干长度就是定义为同一光源分出