第三章光的干涉2013.10分解.ppt

肥皂泡和油膜的干涉现象 最早被人类注意到的干涉现象 17世纪，两块玻璃板接触时出现的彩色条纹——牛顿环 第一个光的干涉演示实验--1801年托马斯·杨的杨氏双缝实验 激光干涉测量开始被广泛应用 1960年第一台红宝石激光器研制成功 借助微电子技术、计算机技术，集成为现代干涉仪，广泛应用于长度、角度、微观形貌、转速、光谱等测量领域 Imax和Imin分别为P点附近的强度极大值和极小值。当Imin=0时，?=l，可见度有最大值(完全相干）。当Imax=Imin时，可见度降为零，条纹消失（非相干）。当0IminImax 时，0＜?＜1（部分相干）。 多光束干涉光路示意图 每两相邻光束的后一束比前一束多经历的光程 相邻光束的相位差 ⑵、光程差与位相差 综合相位和振幅，设入射光相位为0，复振幅： 反射光束 ⑶、光强公式 透射光束 总的透射光束在P’的合振幅 P’点光强 引入精细系数 爱里公式 2、干涉条纹特点 ⑴、条纹的形状和定域 条纹定域于接收透镜的后焦面，反射条纹与透射条纹互补。 清晰可见 暗背景上的细锐的亮纹 亮背景上的细暗纹 不易辨别 暗纹 亮纹 亮纹 暗纹 R越大，暗纹越细锐 当R趋于1时，得到全暗背景上的极细锐的亮纹。 （2）、亮暗的条纹与光强对比度 ①、反射光束干涉强度 ②、透射光束干涉强度 3、法布里—珀罗干涉仪 精确平行 镀多层膜 避免干扰，不平行 有微小角度5?—30? ⑵、原理：分振幅薄膜多光束干涉 ⑴、装置：主要由两块平行放置的平行板组成 若其间隔固定不变——法布里-珀罗标准具 若其间隔可以改变——法布里-珀罗干涉仪 ⑶、干涉强度分布规律 亮纹位置和间距（用角坐标表示） 第m级亮纹角半径 θ=0对应的视场中心处有最大干涉级 入射角θ较小时候，任意θ角处的m(θ) 第N条和第N+1条亮纹角半径和角间距分别为 亮纹序号 L f n0 n0 n h ?1 ?2 ?1 P 0 r r =f?1 ⑷、干涉条纹的细锐程度由R决定 细锐程度越大 亮纹宽度：亮纹中心两侧强度降低为最大强度一半的两点之间的相位间隔，常用ε表示，称为亮纹的位相宽度 条纹锐度与反射率R有关，但因，透射光强的极大值与R无关，所以，在R 很大时，透射光的干涉条纹是在暗背景上的细亮条纹。 ②、相干孔径角 S1 S2 b β d0 R 相干孔径角 β 越大空间相干性越好。 意义：在β范围内的光场中，正对光源的平面上（横向范围）的任意两点的光振动是相干的。 ★ 普通单色光源分波面干涉受到光源宽度的限制，存在条纹亮度和衬比度的矛盾。而激光光源则不受以上限制。 相干间隔也可以用相干孔径角来代替。 ——d0 对光源中心的张角。 因为点光源b=0，所以β→∞空间相干性最好 ? 利用干涉条纹消失测星体角直径遥远星体相应的d0 ?几至十几米。迈克耳孙巧妙地用四块反射镜增大了双缝的缝间距。屏上条纹消失时，M1M4间的距离就是d0。猎户座? 星 ? ? ??? nm（橙色），1920年12月测得： 应用举例：测星干涉仪 b d r ? ? 星体 设星体为相干光源，利用空间相干性可以测遥远的猎户座 ? 星体的角直径 M1 M2 M3 M4 屏 迈克耳孙测星干涉仪 反射镜 S1 S2 ? ? 分波阵面法的干涉，受到空间相干性的限制（干涉孔径角总有一定大小，且 ），只能使用有限大小的光源，在实际中不能满足条纹亮度的要求。在实际应用中,为了获得足够亮度的条纹,必须使用扩展光源。 本节讨论的平板分振幅干涉，就是利用平板的两个表面对入射光进行反射和透射，使入射光振幅分解成两部分，并使它们相遇产生干涉。这类干涉既可以使用扩展光源，又可以获得清晰的条纹，从而解决了分波前干涉中出现的亮度和条纹对比度之间的矛盾。 §3.6 平行平板的薄膜干涉—等倾干涉 平板可理解为受两个表面限制而成的一层透明物质，最常见的情形就是玻璃平板和夹于两块玻璃板间的空气薄层。当平板的两表面是平面且相互平行时，称为平行平板（等倾干涉）；当平板的两表面互成一楔角时，称为楔形平板（等厚干涉）。 ρ=4% 4.0 3.69 0.0059 9.44×10-6 92.2 0.0147 2.36×10-4 一、平行平板的双光束干涉和多光束干涉条件 ① ② ③ ④ ⑴ ⑵ ⑶ 反射率约为0.04,光束①的强度将为入射光强度的4%，光束②的强度为3.7%，而光束③的强度不到0.01%，所以第三支光束和继后各光束实际上都可以忽略。在研究反射和折射的光干涉时，对于反射光只计入①，② 两束反射光～是一种双光束的干涉。而透射光束⑴与其余投射光束强度相差很大，透射光束干涉条纹的可见度很低。因此，在平板表面反