《物理光学》第3章_光干涉和干涉仪.ppt

;教学目的： 1. 深入理解两个光波的非相干叠加和相干叠加，深入理解相干条件和光的干涉定义； 2. 了解光干涉的本质及双光束干涉的一般理论； 3. 牢固掌握扬氏双光束非定域分波前干涉装置的干涉光强分布的各种规律； 4. 牢固掌握分振幅等顷干涉的条纹形状、光强分布规律、定域问题及其应用；;5. 牢固掌握分振幅等厚干涉的条纹形状、光强分布规律、定域问题及其应用； 6. 牢固掌握迈克耳逊干涉仪的结构特点，改变间隔d时的干涉条纹变化以及干涉仪的应用；;本章概述：; 从获得满足干涉条件的方法上分，干涉仪分为两类：分波前干涉仪和分振幅干涉仪。从后面的分析将可以看到：前者只容许使用足够小的光源，而后者可把光源尺寸拓展，因而可以获得强度较大的干涉效应。 历史上最早使用实验方法研究光的干涉现象的是Thomas Young。其后菲涅耳等人用波动理论很好地说明了干涉现象的各种细节，至20世纪初干涉理论可谓已相当完善，本世纪三十年代，范西特和泽尼克发展了部分相干理论，使干涉理论进一步臻于完善。 ; 一般说来光源、干涉装置（能产生两束或多束光波并形成干涉现象的装置）和干涉图形构成干涉问题的三个要素。其中，“光源”的性质由位置、大小、亮度分布和光谱组成等因素决定；干涉装置的性质主要体现它对各个光束引入的位相延迟；干涉图形由光强分布描述，包括干涉条纹的形状、间距、反衬度和颜色等。通常它可以被直接测量。对干涉问题的研究主要是研究这三个要素之间的关系，达到由其中两者求出第三者的目的。;第一节 实际光波干涉及实现 ; 稳定干涉是指在一定的时间间隔内，光强的空间分布不随时间改变。 强度分布是否稳定是区别相干和不相干的主要标志。; 上述现象说明：两个独立的、彼此没有关联的普通光源发出的光波不会发生干涉现象。只有当两个光波来自同一个光源，即由同一个光波分离出来的时候它们才可能发生干涉。; 如图所示，两同频同振动方向光波迭加区域内某点P,在极短时间内合光强为：; 这表示P点的平均光强度取决于两光波在P点的相位差δ，它可以大于、小于和等于两光波强度之和。由于叠加区域内不同的点有不同的相位差，所以不同点将有不同的光强度，即两光波产生干涉现象。;结论：只有两个光波有着紧密关联，这两个光波才会发生干涉。具体条件为： 1、两迭加光波光矢量频率相同； 2、两迭加光波光矢量的振动方向相同； 3、两迭加光波的位相差固定不变。;三、光波分离方法;2、分振幅法;侩貉缚哟蚤谎竿浚炎厨日听岛站巡奄贼惦矣诈姜封践骇隅蘑消添埠盔孔俱《物理光学》第3章_光干涉和干涉仪《物理光学》第3章_光干涉和干涉仪;第二节 杨氏干涉实验; 对于屏幕上某点P的光强度： I1和I2分别为两光波的光强度，δ为位相差。若I1=I2=I0。由于S1和S2到S等距，因此振动同相，所以位相差δ只依赖于Sl和S2到P点的光程差。设S1和S2到P点的距离分别为r1和r2，那末P点的光程差为n(r2-r1)，因而位相差： 即P点的光强度为： ;（3）其余点光强度在0~4I0之间。; 为了确定光屏上极大强度和极小强度点的位置，设置如右图直角坐标系。设屏幕上任意点P的坐标为(x,y,D)，S1和S2到P点的距离rl和r2，可分别写成下式：;当：; 可以看出干涉图样是由一系列平行等距的亮带和暗带组成的，条纹走向与两光源的连线方向垂直。;条纹间距: 当dD时，r1和r2的夹角w称为相干光束的会聚角:w≈d/D，即e=λ/w。; 在屏幕上观察到等距的直线干涉条纹条件:d《D，且在z轴附近观察。 设光屏上任意点P的坐标为(x、y、z），则有:; 消去根号，化简便得到等光程差面方程式: 将Δ=mλ代入得： 等光程差面是一组以m为参数的回转双曲面族，x轴为回转轴。干涉条纹就是等光程差面与观察屏幕的交线。 ;干涉图样是由一系列平行等距的亮带和暗带组成。 ;第三节 分波前干涉的其它实验装置 ;二、菲涅耳双棱镜 菲涅耳双棱镜由两个相同的棱镜组成，棱镜的折射角α很小。;三、洛埃镜 洛埃(Lloyd)镜实验装置应用一块平面镜的反射来获得干涉现象。; 当屏幕P移至M处，从S1、S2到P点的光程差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射时有半波损失存在。;四、比累对切透镜 把一块凸透镜沿着直径方向剖开成两半做成的，两 S1、S2到对切透镜的距离l’可按成象公式 : 若已知两半透镜分开的距离a，则两实象S1和S2之间的距离为： ; 干涉场中某一点P附近条纹的清晰度用条纹的对比度(或称可见度)来量度，K定义为： Imax和Imin分别为P点附近的强度极大值和极小值。当Imin=0时，K＝l，可见度有最