波、光3.光的干涉_616207051.ppt

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1、1波动光学2光学是研究光的传播以及它和物质相互作用问题的学科。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20世纪60年代激光问世后，光学有了飞速的发展，形成了非线性光学等现代光学。3光的干涉（Interferenceoflight）第三章4§3.1光源的相干性§3.2双缝干涉及其他分波面干涉实验§3.3时间相干性§3.4空间相干性§3.5光程§3.

2、6薄膜干涉（一）—等厚条纹§3.7薄膜干涉（二）—等倾条纹§3.8迈克耳孙干涉仪本章目录5§3.1光源的相干性光的干涉现象“当两列(或几列)满足一定条件的光波在某区域同时传播时,空间某些点的光振动始终加强；某些点的光振动始终减弱，在空间形成一幅稳定的光强分布图样”，称为光的干涉现象。要产生干涉现象，两波必须满足相干条件：(1)振动方向相同(2)频率相同(3)有恒定的位相差要产生干涉现象，在波的叠加区中任一定点都应满足相干条件。6光的干涉现象7一.光源（lightsource）光源的最基本发光单元是分子、原子。=(E2-E1)/h

3、E1E2能级跃迁辐射波列波列长L=c82.激光光源：受激辐射=(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）发光频率、振动方向、初位相以及传播方向都可能不同9三.光的单色性实际原子的发光:是一个有限长的波列，所以不是严格的余弦函数，只能说是准单色光：在某个中心频率（波长）附近有一定频率（波长）范围的光衡量单色性好坏的物理量是谱线宽度理想的单色光：具有恒定单一频率的简谐光波，它是无限伸展的。例:普通单色光:10-2

4、100A激光：10-810-5A00II0I0/2谱线宽度10造成谱线宽度的主要原因：（1）自然增宽：由能级自然宽度形成。（2）多普勒增宽：分子、原子的热运动引起。（3）碰撞增宽：碰撞也可增加原子能级宽度。由于谱线频率的展宽，使单色性更差，一般波列的长度只有几厘米或几毫米。原子处在各激发态有一定的寿命，存在不确定关系：EiEjEi·Ej11EHC光波是电磁波（只讨论电振动，……称为光矢量）12三.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）13非相干光

5、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…)14I0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，IImaxImin0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)153.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16§2双缝干涉及其他分波面干涉实验一.双缝干涉r1r2xdxD

6、0单色光入射d>>，D>>d（d10-4m，Dm）波程差：相位差：P·（书3.1和3.2节）17明纹暗纹条纹间距：x0xIxr1r2xdxD0P·18（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）19因此从紫到红可以看清楚光谱最多到正负一级20白光入射的杨氏双缝干涉照

7、片红光入射的杨氏双缝干涉照片21二.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/dx0x1x222三.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）；（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；23△四.其他分波面干涉实验劳埃德镜实验24一.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

8、0II0谱线宽度§3.3时间相干性（temporalcoherence）25（1）自然宽度EjEiEi3.造成谱线宽度的原因：（2）多普勒增宽（3）碰撞增宽·Ej26二.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)