物理光学与应用光学.doc

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1、2.1双光束干涉2.1.1产生干涉的基本条件1.两束光的干涉现象光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时，在重叠区内形成稳定的强弱强度分布的现象。例如，图2-1所示的两列单色线偏振光在空间P点相遇，E1与E2振动方向间的夹角为θ，则在P点处的总光强为式中，I1、I2是二光束的光强；φ是二光束的相位差，且有由此可见，二光束叠加后的总强度并不等于这两列波的强度和，而是多了一项交叉项I12，它反映了这两束光的干涉效应，通常称为干涉项。干涉现象就是指这两束光在重叠区内形成的稳定的光强分布。所谓稳定是指，用肉眼或记录仪器能观察到或记录到条纹

2、分布，即在一定时间内存在着相对稳定的条纹分布。显然，如果干涉项I12远小于两光束光强中较小的一个，就不易观察到干涉现象；如果两束光的相位差随时间变化，使光强度条纹图样产生移动，且当条纹移动的速度快到肉眼或记录仪器分辨不出条纹图样时，就观察不到干涉现象了　在能观察到稳定的光强分布的情况下，满足m=0,±1,±2，…的空间位置为光强极大值处，且光强极大值IM为满足j=(2m+1)πm=0,±1,±2，…的空间位置为光强极小值处，且光强极小值Im为当两束光强相等，即I1=I2=I0时，相应的极大值和极小值分别为　IM=2I0(1+c

3、osθ)Im=2I0(1-cosθ)干涉条纹可见度定义为当干涉光强的极小值Im=0时，V=1，二光束完全相干，条纹最清晰；当IM=Im时，V=0，二光束完全不相干，无干涉条纹；当IM≠Im≠0时，0＜V＜1，二光束部分相干，条纹清晰度介于上面两种情况之间。影响光强条纹稳定分布的主要因素是：二光束频率；二光束振动方向夹角和二光束的相位差。(1)对干涉光束的频率要求由二干涉光束相位差的关系式可以看出，当二光束频率相等，Δω=0时，干涉光强不随时间变化，可以得到稳定的干涉条纹分布。当二光束的频率不相等，Δω≠0时，干涉条纹将随着时间

4、产生移动，且Δω愈大，条纹移动速度愈快，当Δω大到一定程度时，肉眼或探测仪器就将观察不到稳定的条纹分布。因此，为了产生干涉现象，要求二干涉光束的频率尽量相等。(2)对二干涉光束振动方向的要求,当二光束光强相等时V=cosθ因此，当θ=0、二光束的振动方向相同时，V=1，干涉条纹最清晰；当θ=π/2、二光束正交振动时，V=0，不发生干涉；当0＜θ＜π/2时，0＜V＜1，干涉条纹清晰度介于上面两种情况之间。所以，为了产生明显的干涉现象，要求二光束的振动方向相同。(3)对二干涉光束相位差的要求，为了获得稳定的干涉图形，二干涉光束的相

5、位差必须固定不变，即要求二等频单色光波的初相位差恒定。实际上，考虑到光源的发光特点，这是最关键的要求。可见，要获得稳定的干涉条纹，则：①两束光波的频率应当相同；②两束光波在相遇处的振动方向应当相同；③两束光波在相遇处应有固定不变的相位差。这三个条件就是两束光波发生干涉的必要条件，通常称为相干条件。3.实现光束干涉的基本方法一般获得相干光的方法有两类：分波面法和分振幅法2.1.2双光束干涉下面进一步讨论杨氏双缝干涉实验在图2-3所示的实验原理图中，间距为d的S1和S2双缝从来自狭缝S的光波波面上分割出很小的两部分作为相干光源，它

6、们发出的两列光波在观察屏上叠加，形成干涉条纹光程差为Δ=(R2-R1)+(r2-r1)=ΔR+Δr在d<

7、λ②如果S1、S2到S的距离不同，ΔR≠0，则对应的空间点是亮条纹；对应的空间点是暗条纹。即干涉图样相对于ΔR=0的情况，沿着y方向发生了平移除了上述杨氏干涉实验外，菲涅耳双棱镜(图2-4)、菲涅耳双面镜(图2-5)和洛埃镜(图2-6)都属于分波面法双光束干涉的实验装置。图2-4　菲涅耳双棱镜干涉装置图2-5　菲涅耳双面镜干涉装置图2-6　洛埃镜干涉装置2.分振幅法双光束干涉1)平行平板产生的干涉——等倾干涉平行平板产生干涉的装置如图2-7所示，由扩展光源发出的每一簇平行光线经平行平板反射后，都会聚在无穷远处，或者通过图示的透

8、镜会聚在焦平面上，产生等倾干涉。(1)等倾干涉的强度分布根据光波通过透镜成像的理论分析，光经平行平板后，通过透镜在焦平面F上所产生的干涉强度分布(图样)，与无透镜时在无穷远处形成的干涉强度分布(图样)相同。其规律主要取决于光经平板反射后，所产生的两束光，到达焦平面F上P点的光