光的干涉和干涉系统ppt课件.ppt

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1、11光的干涉和干涉系统干涉条件条纹可见度双光束干涉多光束干涉两个振动方向不同复振幅的叠加光强两个夹角为的一般光矢量为E2E1xyx和y轴上的叠加分量为合光强为或者光的相干性干涉必须满足一定条件，即相干条件考虑两个单色平面光波叠加其中2Re{}为干涉项合光强为如果12，光学拍，合成光强不稳定如果＝1－2＝(t)是时间的函数，合成光强不稳定a1a2若为零，无干涉项干涉项的分析相干条件相互叠加的光波要发生干涉，各光波必须频率相等振动方向相同初始位相差固定干涉光强由两部分构成无空间变化的

2、背景项I1+I2有空间变化的干涉项不同相干条件下的叠加线性叠加光波满足相干条件，各光波完全相干，合成光波的复振幅是各光波复振幅的线性叠加复振幅线性叠加光波不满足相干条件，各光波完全不相干，干涉项为零，合成光波的光强是各光波光强的线性叠加光强线性干涉对光源的基本要求假设光源中只有一个发光原子，且原子可简化为一个电偶极子。现有两个这样的光源，因为两个偶极子的振动完全独立，两光波的频率、振动方向、初始相位、持续时间都是随机的，所以不同光源发出的光波互不相干推论：一般情况下，只有同一光源发出的光波才有干涉的可

3、能杨氏实验假设点光源S是单个电偶极子，发出单色球面波S1和S2是不透明屏A上的两个小孔由S1和S2分别发出的球面子波来自同一光源，满足相干条件，观察屏E上可以看到干涉图样P0Sr2Pzy0x0yxdlDS1S2r1EA杨氏干涉光强因为S1和S2到S的距离相等，所以仅由S1和S2到P点的光程差D决定E上的某一点P的光强为若I1=I2＝I0，n=1，P点的光强为光强强弱条件相长干涉光强达到最大I=4I0相消干涉光强达到最小I=0光程差的计算S1和S2到P点的光程差Dw=d/D称为会聚焦。观察屏E上P点的

4、光强为杨氏干涉条纹特点观察屏上z轴附近是一系列亮暗变化、平行于y轴的等距条纹条纹间隔白光源时，x=0,m=0的中心点是白条纹，离开中心，逐渐出现彩色杨氏干涉条纹在整个空间的分布从S1和S2到空间任意点(x,y,z)的距离分别为二者之差是光程差D＝r2－r1，等光程差面为回转双曲面回转双曲面xzyS1S2等光程差（相位差）面对比度（可见度）衡量干涉条纹的质量对比度（或可见度）K反映空间某一点P附近的条纹清晰度K＝0时，P附近光强一片均匀，没有条纹，两光束非相干；K＝1时，P附近的条纹最为清晰，两光束完全相干

5、光源大小与条纹对比度假设光源由若干单色点光源构成，各个点光源之间互不相干，但每一个点光源发出的球面波通过S1和S2以后产生的两个新球面波之间是相干的每一个点光源都在观察屏E上产生一组K＝1的条纹，由于这些点光源的空间位置各不相同，因此各组条纹的中心点（即零光程差点）不重合不同方向扩展光源的效果y扩展，K不变，条纹范围增；x扩展，K下降x方向两个点光源假设P0Sr1b/2r2lS’S1S2P’0EdS干涉孔径角＝d/l，定义为到达干涉场某一点的两支相干光从发光点出发时所夹的角度两个点光源距离为bc/2时

6、，K＝0x轴两端各连续扩展bc/2光源的总宽度为bc扩展光源上的每一点总可以在扩展光源上找到距离自己bc/2的另一点，这一对点光源在观察屏上的合成条纹K＝0所有这些成对的光源点共同作用，使得观察屏上的总合成条纹K＝0x轴上总宽度为bc的连续扩展光源，合成条纹K＝0光源连续扩展的一般情况光源中心的元光源S在P点产生的光强为元光源S’在P点产生的光强为r1Sb/2dxr2lS1S2P0EdxPS’光源宽度与K的一般关系任意元光源在P点产生的光强为宽度为b的扩展光源在P点产生的光强为扩展光源下的一般对比度光

7、源连续扩展的一般条纹对比度为光源临界宽度b=bc光源许可宽度bp＝bc/4原子光谱原子处于稳定态时，不发射或吸收光子原子在两个状态之间跃迁时低能态高能态，产生吸收谱线高能态低能态，产生发射谱线一个发光源由很多不同能量状态的原子构成多条分立的谱线谱线的波长对光强光谱光谱的展宽自然展宽由于原子处于某能态的寿命有限，能态具有不确定性，从这样的能态跃迁产生谱线的自然展宽多普勒展宽每一个原子都是做随机运动的微光源洛伦兹展宽原子之间互相碰撞，使能态寿命缩短，增加了能量的不确定性洛伦兹扩展大部分光源是原子发光，

8、可用电偶极子模型描述电偶极子持续不断地简谐振动时，辐射出无限延续的单色波（单一频率）断续辐射的光波不再是单色光设单色光为有限时间长度的波列单色光的傅里叶变换为单色光只有一个正频率分量0在频率分量为0的单色光上截取时间段的波列波列图形波列的非单色性波列的傅里叶变换为设=1/Δ时间内光波传播的距离为2L=c=c1/[cΔ(1/)]波列长度2L越大，光谱宽度越小，单色性越好多普勒效应引起的光谱扩展若发光体与观察