《物理光学》第三章 光的干涉和干涉仪.ppt

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1、第三章光的干涉和干涉仪一、教学要求：二、教学重点：三、本章概述：第三章光的干涉和干涉仪一、教学要求：1.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；2.了解光干涉的本质及双光束干涉的一般理论；3.牢固掌握扬氏双光束非定域分波前干涉装置的干涉光强分布的各种规律；第三章光的干涉和干涉仪4.牢固掌握分振幅等顷干涉的条纹形状、光强分布规律、定域问题及其应用；5.牢固掌握分振幅等厚干涉的条纹形状、光强分布规律、定域问题及其应用；6.牢固掌握迈克耳逊干涉仪的结构特点，改变间隔d时的干涉条纹变化以及干涉仪的应用；第三章光的

2、干涉和干涉仪7.牢固掌握干涉场可见度的定义，光波场的空间相干性和时间相干性对于干涉可见度的影响。8.掌握光的相干条件，相干光的获得方法，光源的相干性；二、教学重点：1.相干条件，相干光的获得方法，光源的相干性；第三章光的干涉和干涉仪2.扬氏双光束非定域分波前干涉规律；3.分振幅等顷干涉的规律、定域问题及其应用；4.分振幅等厚干涉的规律、定域问题及其应用；5.干涉场可见度的定义，光波场的空间相干性和时间相干性对于干涉可见度的影响。第三章光的干涉和干涉仪三、本章概述：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

3、的各点强度稳定的强弱分布现象。本章研究两光束干涉，下一章研究多光束干涉。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）。第三章光的干涉和干涉仪使光波满足干涉条件的途径有多种，因此，相应地有多种干涉装置（干涉仪）。从获得满足干涉条件的方法上分，干涉仪分为两类：1.分波前干涉仪；2.分振幅干涉仪。后面的分析可看到：前者只容许使用足够小的光源，而后者可把光源尺寸拓展，因而可以获得强度较大的干涉效应。第三章光的干涉和干涉仪历史上最早使用实验方法研究光的干涉现象的是ThomasYoung,在

4、1802年。其后菲涅耳等人用波动理论很好地说明了干涉现象的各种细节，至20世纪初干涉理论可谓已相当完善，本世纪三十年代，范西特和泽尼克发展了部分相干理论，使干涉理论进一步臻于完善。光的干涉和干涉仪在科学技术的许多部门中都有非常广泛的应用。它也是本课程重点内容之一。第三章光的干涉和干涉仪干涉的研究内容：干涉的三个要素：一般说来光源、干涉装置（能产生两束或多束光波并形成干涉现象的装置）和干涉图形构成干涉问题的三个要素。干涉问题：研究这三个要素之间的关系，达到由其中两者求出第三者的目的。第三章光的干涉和干涉仪其中，“光源”的性质由位置、大小、

5、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；“干涉图形”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。第三章光的干涉和干涉仪干涉项：由前面维纳实验可知，对感光乳胶等接收装置起主要作用的是光波中的电场，因此考察干涉场中的电场能量密度（光强）分布是重要的。在干涉场中任一点，电场能量密度We正比于该点电场强度的平方，并随时间高速变化。接收器能反映的是它的时间平均值：第三章光的干涉和干涉仪接收器能反映的是它的时间平均值：若干涉场由两束光波形成，它们在某点的瞬时电场强度分

6、别为E1和E2。则在叠加原理适用的范围内：有则：上式右端的时间平均值称为干涉场的强度，并用I表示。第三章光的干涉和干涉仪于是，有此式表明当2不为零时，便会出现干涉，故称此项为干涉项。注：并非叠加原理不成立时不出现干涉现象，相反这时将出现更为复杂的干涉项。§3－1产生干涉的条件考虑两单色、线偏振光相遇时产生干涉的条件：设两光束的波函数分别为：§3－1产生干涉的条件则：干涉项，积化和差式中：①右端第一个时间平均值为零，因为其中的圆频率极高。接收器响应时间远大于2π/(ω1+ω2)。故为零。②右端第二个时间平均值，仅当τ<2π/

7、(ω2-ω1)时，才不为零。§3－1产生干涉的条件一般，1和2均为10-15S-1量级，而一般大于10-9S-1。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10-9S-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。§3－1产生干涉的条件这样，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E10·E20应不等于零。E10·E200（2）说明：E10和E20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

8、波而言，上述两个条件是足以保证产生干涉现象§3－1产生干涉的条件然而，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