(张三慧教材)波动与光学Y第3章光的干涉.pptVIP

* 光学 以直线传播为基础．折射、反射定律 物理光学 波动光学： 以麦克斯韦电磁理论为基础， 光的干涉、衍射、偏振 量子光学： 以量子力学为基础， 光与物质作用 现代光学 非线性光学 激光光谱学 信息光学 全息术 光纤通讯 集成光学 统计光学 ………. 几何光学： 光的电磁理论 光矢量： 1. 光强 可见光： 波长： 频率： 光强Ｉ 光是一定波段的电磁波 2. 光谱曲线 图 谱线及其宽度 谱线宽度 3. 光波的描述 理想的单色光场波函数 单色光 准单色光 光谱曲线 （谱线） 波长 强度 复振幅: 复数表达式 1) 单色平面波: 2) 单色发散球面波: 光 强 : 3.1 杨氏双缝干涉 1. 杨氏双缝实验 1) 实验装置 分波阵面干涉 第三章 光的干涉 2) 杨氏干涉条纹 P点光强 S1 和 S2 振动方向相同, 相位相同 频率相同 光强极大极小交替出现, 形成明暗相间、等亮度、等间距的条纹. 明纹中心: 暗纹中心: 条纹间距(亮 亮或暗暗) 讨论: 3）菲涅耳双棱镜、双面镜和劳埃镜 图 菲涅耳双面镜 图 劳埃镜 图 菲涅耳双棱镜 暗纹 为什么？ 半波损失！ 1. 光波叠加原理 遵从波的独立传播原理, 多列波交叠区有: 条件: 介质是线性的, 光波服从叠加原理 2. 光的干涉 3.2 相干光 P 相干波 频率相同 振动方向相同 有恒定相位差 相位差 合振幅 光的强度或明暗在空间非均匀的稳定分布 --- 光的干涉 从普通光源获得相干光方法: 分波前法 分振幅法 分振动面法 3. 获得相干光方法 普通光源的发光特点: 1) 一个原子每一次发光只能发出一个波列 2) 原子的发光是断续的 3) 各原子的各次发光是完全相互独立的 两个普通光源或同一普通光源的不同部分所发出的光是不相干的 *3.3 非单色性对干涉条纹的影响 （光场的时间相干性） 1. 干涉条纹可见度(衬度)定义: 准单色光： 中心波长为? 谱线宽度为?? 干涉条纹消失的位置： 波长为 ?+??/2 成分的第 k 级明纹与波长为 ? -??/2 成分的第 （k+1）级明纹重合的位置。 相干长度 2. 非单色性对干涉条纹的影响 白光 与 同数量级 He-Ne激光 长 单色性好 相干长度 波列长度 L 相干时间 ? 时间相干性： 光源在同一时刻发的光分为两束后又先后到达某一观察点，只有这先后到达的时差小于某一值时才能在观察点产生干涉。 光源宽度对干涉条纹影响 --- 光场的空间相干性 *3.4 光源大小对干涉条纹的影响（光场的空间相干性） 带光源双缝干涉的强度分布曲线 设光源上边缘处线光源 L产生的中央条纹 0L与下边缘出现光源 N 产生的第一级亮纹 1N 重合。 空间相干性： 具有一定宽度的普通光源发出的光波，要使其波面上的两点（ S1 和 S2）作为次波源能发生干涉现象，这两点之间的距离必须小于某一值。 相干间隔 d0 ：干涉条纹刚好消失时，S1 和 S2 之间的距离 最大张角 ? s ：S1 和 S2 对光源 S 的中心所张的角 3.5 光程 光程: ---- 光所经过的介质的折射率 ni 与相应的几何路程 si 乘积. 光速 几何距离 光程差: 相位差: 加强 减弱 ( k = 0 1 2……) 加强和减弱的条件: 相位: 加强 减弱 ( k = 0 1 2……) 光程差: 亮点 薄透镜，近轴光线： 透镜不产生附加光程差 一般在透镜前找光程差 f S S1 S2 0 P x d 亮 暗 { { 亮 暗 条纹间距 分振幅干涉 定域干涉 3.6 薄膜干涉（一）—— 1) 点光源非定域干涉 扩展光源的定域干涉 薄膜干涉 等厚干涉 1. 劈尖干涉 亮纹 暗纹 讨论： 1） 2） 3） e 相 同的条纹在同一级上，称为等厚干涉 e=0 的棱边处，是暗纹，这是半波损失一例证。 任意相邻明（暗）纹间距为 L 等厚干涉 劈尖干涉 2 牛顿环 1) 干涉图样：内疏外密中心为暗点的圆环。 2）明纹、暗纹条件： 亮纹 暗纹 牛顿环 * * *