11 光的干涉和干涉系统课件.pptVIP

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 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 干涉项的分析 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 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 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 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 光强强弱条件 相长干涉?光强达到最大I=4I0 光程差的计算 S1和S2到P点的光程差D 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 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 回转双曲面 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 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 x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＝0 x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 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 扩展光源下的一般对比度 光源连续扩展的一般条纹对比度为 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，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 波列图形 波列的非单色性 波列的傅里叶变换为 多普勒效应引起的光谱扩展 若发光体与观察者的连线为L，发出频率为?0的光波，同时发光体在与L夹?角的方向上以速度V相对于观察者运动，观察者接收到的频率是 光源非单色性对杨氏条纹的影响 干涉极大的条纹位于 单色性与光强的曲线 对比度随单色性的变化 随着x的增加，光程差D也增加 （纵向）相干长度 光谱宽度为??的光源能够产生干涉条纹的最大光程差DM称为（纵向）相干长度dl 如果在某一光程差下，波长为?＋??的第m级条纹与波长为?的第m＋1级条纹重合，条纹对比度下降到零。即，m(?+??)=(m+1)?时，干涉级次为m=?/?? 相干长度dl =DM = m?＝?2/?? 与波列长度比较，知， dl =2L 两相干光波振幅比与K 设两光波振幅分别为A1和A2，设?＝A1/A2，对比度为 空间相干性 干涉孔径角?=?/bc 横向相干长度dt?E上能发生干涉的最大d 太阳光的相干性 因为dt=?/?，即使光源尺寸很大，只要距离足够远， ?足够小，它发出的光