2.1 双光束涉.ppt

第1章　光的干涉 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 2.产生干涉的条件 3.实现光束干涉的基本方法 2.1.2 双光束干涉 1.分波面法双光束干涉 2.分振幅双光束干涉 1.两束光的干涉现象 光的干涉：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。 在能观察到稳定的光强分布的情况下 2.产生干涉的条件 1）干涉条纹可见度 定义 2）产生干涉的条件 (1) 对叠加光束的频率要求 当两光束频率相等，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。 当两光束的频率不相等，Δω≠0时，干涉条纹将随着时间产生移动，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，要求两叠加光束的频率尽量相等。 (2) 对叠加光束振动方向的要求 当两光束光强相等，则条纹可见度为V=cosθ 若θ=0，两光束的振动方向相同时，V=1，干涉条纹最清晰； 若θ=π/2，两光束正交振动时，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。 为了产生明显的干涉现象，要求两叠加光束的振动方向相同。 (3) 对叠加光束相位差的要求 为了获得稳定的干涉图形，两叠加光束的相位差必须固定不变，即要求两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。  结论：要获得稳定的干涉条纹，要求： ①两束光波的频率相同； ②两束光波在相遇处的振动方向相同； 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 原子的发光特点 普通光源：自发辐射- -非相干光源 时间：持续时间有限(10-8s)- -波列； 相位：彼此无关- -同一原子不同时刻，不同原子同一时刻。 激光：受激辐射 - -相干光源 获得相干光的方法 两独立光源不可能相干；将一波列的光分成两束或多束，然后再令其重叠，在相遇区域有可能发生干涉。 分波面法- -杨氏干涉 分振幅法- -薄膜干涉(迈克尔逊干涉) 分振动面- -偏振光干涉 1.分波面法双光束干涉 杨氏双缝干涉实验 实验原理图 近轴远场条件下：d?D,且y在很小范围内 讨论 ① 如果S1、S2到S的距离相等，ΔR=0，则 对应?=2mπ(m=0,±1,±2,…)的空间点 干涉条纹形状（以强度为特征的空间分布） 光屏上是与y轴垂直、明暗相间的直条纹。相邻两亮(暗)条纹间的距离是条纹间距ε，且 对波长?一定的单色光，间距的?y大小与D成正比，而与d(缝间距)成反比； 当D(d’)、d一定时，间距?y的大小与光的波长?成正比 用白光作为光源时，出现彩色条纹 由 讨论：②如果S1、S2到S的距离不相等，ΔR ? 0 菲涅耳双棱镜装置示意图 常见几种分波面干涉实验的共同点 2.分振幅双光束干涉 特点： 可以使用扩展光源； 可以获得清晰的干涉条纹；- -应用广泛 干涉条纹是定域的. 1) 平行平板产生的干涉——等倾干涉 (1) 等倾干涉的强度分布 光由平行平板通过透镜在焦平面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点的光程差。 利用几何关系，折射定律可得光程差为 干涉条纹 假设平板是绝对均匀的，折射率n和厚度h均为常数。 光程差只决定于入射光在平板上的入射角θ1 (或折射角θ2)。 具有相同入射角的光经平板两表面反射所形成的反射光，在其相遇点上有相同的光程差； 也就是说，凡入射角相同的光，形成同一干涉条纹。通常把这种干涉条纹称为等倾干涉。 从点光源发出的单条光线的光路 等倾干涉 从点光源发出的锥面上光线的光路 (2) 等倾干涉条纹的特性 一等倾干涉条纹的形状与观察透镜放置的方位有关。 等倾干涉条纹的特性① ① 等倾圆环的条纹级数。 等倾圆环中心级数最高，偏离圆环中心愈远，干涉条纹级数愈小。 设中心点的干涉级数为m0，由(2-17)式有 等倾干涉条纹的特性② ② 等倾亮圆环的半径 由中心向外计算，第N个亮环的干涉级数为[m1-(N-1)]，该亮环的张角为θ1N，它可由 等倾干涉条纹 (3) 透射光的等倾干涉 由光源S发出、透过平板和透镜到达焦平面上P点的两支光，没有附加半波光程差的贡献，光程差为 2) 楔形平板产生的干涉- -等厚干涉 楔形平板产生干涉的原理，如图2-11所示。 等厚干涉条纹的特性 图2-12所示的垂直照射楔形板产生干涉的系统 不同形状的楔形板对应不同形状的干涉条纹 不管哪种形状的等厚干涉条纹，相邻两亮条纹或两暗条