干涉装置时空相干性ppt课件.ppt

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1、教学目标：1、掌握光的各种干涉装置和干涉仪，光的干涉现象及其应用。2、掌握分波前法，分振幅法分解波列的方法。3、掌握光场的空间相干性和时间相干性概念。重点、难点：各种干涉装置和干涉仪的工作原理，光场的空间相干性和时间相干性。难点为光源宽度和非单值性对干涉条纹的反衬度的影响的分析。当两个或两个以上振动方向相同、频率相同的单色光波在空间产生叠加时，叠加区域内将出现周期性的强度分布图象，这就是光的干涉。通常情况下光波不能自然地产生干涉，这是由光波的辐射方式决定的。光源中的每一个原子、分子都可产生光波，它们发射的是持续时间约

2、10－9秒的波列。每一波列除频率相同外，初位相和矢量的振动方向都是随机的,因此，相干条件很难满足。为使实际光波实现干涉，必须设法使其满足干涉的条件，因而设计了各种干涉的实验装置和干涉仪。这些装置实现干涉的方法可分为两类：分波前法和分振幅法。本章将对光的干涉条件和干涉装置进行系统介绍。§1分波前干涉装置光场的空间相干性一、各种分波前干涉装置1、各种分波前干涉装置的共同特点和原理2、非涅耳双面镜和双棱镜3、洛埃镜二、条纹形状与间距D是S1、S2所在的平面到屏幕的距离，d是S1、S2的间距离。对于非涅耳双面镜：对于洛爱镜：

3、对于非涅耳双棱镜：三、干涉条纹的移动1、造成条纹移动的原因：光源的移动，装制结构的变动，光路中媒质的变化。2、探讨干涉条纹移动的方式：观察干涉场中一固定点，有多少条纹移过；或跟踪干涉场中某一级条纹，看它朝什么方向移动，移动了多少距离。3、干涉条纹移动数N与光程差改变量的关系：4、杨氏实验中条纹位移与点源位移的关系：四、光源宽度对干涉条纹反衬度的影响任何光源总有一定的宽度；光源可以看着由许多不相干的电光源组成的；每一个电光源都有一套自己的干涉条纹；屏幕上的总强度是各套干涉条纹的非相干迭加；（再次迭加）迭加的结果对反衬度

4、的清晰度有利还是不利，不同情况要作具体分析。五、光场的空间相干性、给定S1、S2位置，光源的宽度b达到b1时，由S1和S2发出的次波产生干涉条纹的反衬度下降为0，即S1和S2是完全不相干的。2、给定光源宽度b，它在照明空间中的波前上多大范围内取出的两个次波源S1和S2还是相干的？这就是所谓的光场的空间相干性问题。两个次波源S1和S2是部分相干的相干范围的横向线度：相干面积：空间相干反比公式：孔径角：视角：例题1估算太阳光射在地面上的相干范围的线度和相干面积。已知太阳的视角约为作业：P283-283，3，6，7。§2薄

5、膜干涉（一）——等厚条纹一、薄膜干涉概述观察薄膜干涉的方法1、透镜成像法注：这种方法既可看到实像也可看到虚像B’B（b）（a）AA’D’D（d）（c）C’2、屏幕直接接收（a）坡耳实验装置（b）条纹汞灯云母片幕acAc1a1Lc`i1CPBhi2n1n2n1讨论条件：①设光源为单色点光源；②薄膜为厚度缓慢均匀变化的介质层。二、薄膜表面的等厚条纹平行光束入射于薄膜上表面，任意两光线a、c经薄膜上下表面反射后成为光线a1、c1，经透镜后会聚于c`点，发生干涉。显然，只有知道A、B、P每一点处h的值，才能求得光程差的准确值

6、。但由于薄膜厚度可变，A、B、P点可于薄膜上任意位置，所以无法得到光程差的准确值。光程差分析由干涉过程图可得a1、c1的光程差：为解决这一问题，根据薄膜厚度虽然可变但变化缓慢均匀的特点，以B点处的膜厚值作为A、P两点膜厚的近似值，从而求得的光程差的近似值。（光程差由薄膜厚度h值决定）也即是减弱加强加强减弱极大极小当时存在半波损。当时没有半波损。当介质一定时，n1，n2一定的，薄膜上不同点来说h不同，光线入射角i也可能不同，干涉图样取决于d和i。半波损失对干涉条纹的影响:有无半波损的差别仅仅在于干涉条纹的级数差半级，也

7、就是明暗纹对调,不影响纹的特征如形状、间距、衬比度。若n是均匀的，在入射角i一定时,则只与厚度h有关,因此光强也取决于h,也就是沿等厚线的强度相等,在薄膜表面沿等厚条纹。此过程叫等厚干涉。等厚条纹的主要性能：(1)表面条纹形貌与薄膜的几何等厚线一致（光垂直入射时，即i=0。）(3)相邻等厚条纹的厚度差相邻条纹处的光程差相差一个波长(真空)，即媒质内的半个波长1、劈尖干涉:明纹暗纹空气尖劈:一对不平行的透明平板之间形成的楔形空气层三、楔形薄膜的等厚条纹hkhk+1夹角很小的两个平板玻璃所构成的空气劈尖平行单色光垂直照射

8、空气劈尖上，上、下表面的反射光将产生干涉，厚度为h处，两相干光的光程差为：空气劈尖OAB空气劈尖任意相邻明条纹对应的厚度差：任意相邻明条纹(或暗条纹)之间的距离为：在入射单色光一定时，劈尖的楔角愈小，则愈大，干涉条纹愈疏；愈大，则愈小，干涉条纹愈密。楔形干涉条纹变化规律(1).干涉条纹随薄膜厚度的变化(2).干涉条纹随角度θ变化规律总结:角度θ