《光的干涉a》PPT课件

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1、第三章光的干涉基本要求一、深入理解两个光波的非相干叠加和相干叠加，深入理解相干条件和光的干涉定义。二、掌握位相差和光程差之间的关系，牢固掌握分波前干涉装置的干涉光强分布的各种规律，包括干涉条纹间距和条纹形状等。三、掌握分振幅等倾干涉和等厚干涉的条纹特征和光强分布及其应用；能计算增透及增反膜、劈尖膜、牛顿环等干涉问题。四、了解波场的时间相干性和空间相干性，以及它们对干涉条纹可见度的影响。五、掌握迈克尔孙干涉仪的结构、光路及各项应用。六、了解多光束干涉的光强分布特点和法布里—珀罗干涉仪的光学结构及其在谱线精细结构分析上的应用。§3.1光的相干条件一、干涉的

2、三个要素：光的干涉现象：是当两个或多个光波（光束）在空间相遇叠加时，在叠加区域内出现的各点强度稳定的强弱分布现象。实际光波不是理想单色光波，因而要使实际光波发生干涉，必须利用一定的装置，让光波满足某些条件（干涉条件）。光源干涉装置——能产生两束或多束光波并形成干涉现象的装置。干涉图形1、干涉问题的三个要素——其性质由位置、大小、亮度分布和光谱组成等因素决定；“干涉装置”的性质主要体现它对各个光束引入的位相延迟；——由辐照度分布描述，包括干涉条纹的形状、间距、反衬度和颜色等。通常它可以被直接测量。2、干涉问题研究干涉三个要素之间的关系，从而由其中两者求出

3、第三者。二、光的相干条件考虑两单色点源在波场中某点P相遇时产生干涉的条件。设两光束的波函数分别为：则P点的瞬时合振动为:由于光振动频率极高，实际可观测量的是在某段时间间隔τ中的电场平均能流密度即光强，忽略某些常数，它可记为：于是，有干涉项干涉项式中：①右端第一个时间平均值为零。即②右端第二个时间平均值，仅当τ<2π/(ω2-ω1)时，才不为零。因为ω1、ω2极高，接收器响应时间τ远大于2π/(ω1+ω2)，故为零。一般，1和2均为1015s-1量级，而一般大于10-9s。故当1和2仅仅相差百万分之一时便能使平均值为零。既使当1和2之差在1

4、09s-1之内时，可以探测到干涉项的拍频效应。但是，作为干涉现象而言，干涉场的强度分布也是不稳定的。为了得到稳定的干涉现象，首先需要满足的条件是：1=2（1）另：为了使干涉项不为零，其系统应不等于零，即说明：和不互相垂直是产生干涉的又一个必要条件。对于严格的单色波而言，上述两个条件足以保证产生干涉现象。但在光学波段内不存在严格的单色波，普通光源的每个发光原子都是间断地发光的，每次发光的持续时间为10－8s量级。各个原子或每个原子各次发射光波在位相上是互不相关联的。即式中的10和20都不是常量，而是在[0，2π]区间内等概率地无规则跳跃，跳跃频率

5、也是高达108s－1的随机量。只要10和20各自独立地变化，则干涉项中的第二项的平值将至少是不稳定的。故，得到稳定干涉场的唯一可能是：10和20按同样的规律跳跃变化。即:10(t)－20(t)＝常数　（３）即：对于普通光源，仅当两个光束来自光源上的同一个地点且为同一个波列时，才能发生干涉。满足这些条件的两束或多束光波称为“相干光波”。相应的光源称为相干光源。1=2（1）故，产生稳定干涉的条件为：10(t)－20(t)＝常数　（３）三、相干光束的产生方法将一个光波分离成两个相干光波，一般有两种方法：1、分波前法——让光波通过并排的两个

6、小孔或利用反射和折射方法，把光波的波前分割出两个部分(波面的各个不同部分作为发射次波的波源，然后这些次波交叠在一起发生干涉)，相应的装置为分波前干涉仪；2、分振幅法——利用两个部分反射的表面通过振幅分割产生两个反射光或两透射光波(次波本身分成两部分，走过不同的光程，重新叠加并发生干涉)，相应的装置为分振幅干涉仪。由以上分析可知：为了获得两相干光波，只能利用同一个光源或者确切地说利用同一个发光原子（一般称发光点）发出的同一个波列的光波，并通过具体的干涉装置使之分成两个光波。pS*分波前法分振幅法·p薄膜S*必须指出：在具体的干涉装置中，为了产生干涉现象，

7、光是利用同一原子辐射的光波分离为两个光波，条件还不够充分，还必须使两叠加光波的光程差不要太大。因为原子辐射的光波是一段段有限长的波列，进入干涉装置的每个波列也都分成同样长的两个波列，当光程差太大（光程差大于波列长度）时，这两个波列就不能相遇。综上所述，产生稳定干涉需要三个基本条件，即：由此：为了使干涉现象发生，必须利用同一原子发出的同一波列，即必须使光程差小于光波的波列长度。一个补充条件：光程差小于波列长度。四、光程和光程差此外，还有一些其它条件，如对光源大小的限制等。以后讨论。相位差在分析光的干涉时十分重要，为便于计算光通过不同媒质时的相位差，引入“

8、光程”的概念。这时相遇的是对应于原子前一时刻发出的波列和后一时刻发出的另一波列，不同时刻相遇波