光的干涉_课件.ppt

第二章 光的干涉 光的干涉 Interference 干涉现象是波动的基本特征之一。 本章主要从光的干涉现象来说明光的波动性质，讲述光的干涉规律、典型的干涉装置及其应用、并讨论光的相干性。 主要内容 5.1 光干涉的条件 5.2 双光束干涉 5.3 多光束干涉 5.4 光学薄膜 5.5 典型的干涉仪 5.6 光的相干性 独立性和叠加性 5.1 光干涉的条件 5.1.1 光的干涉现象 在两束(或多束)光在相遇的区域内,各点的光强可能不同于各光波单独作用所产生的光强之和,形成稳定的明暗交替或彩色条纹的现象,称为光的干涉现象。 * 干涉原理 独立传播原理 两列单色平面线偏振光在P点 5.1.2 光干涉的条件 互相垂直的线偏振光不相干 干涉项为 两个振动方向互相垂直的线偏振光不相干的 当两个振动有平行分量时才会相干 当两列波振动向完全相同时，干涉效应最明显 ? 不随时间变化 为观察到稳定的条纹分布，还要求两光束的相位差 ? 不随时间变化，由 可得? 不随时间变化条件为 ?1－?2＝0 和　?01－?02＝常量 即两光束的频率相等且两光束的初相位差固定。 条纹的可见度 光强比对条纹可见度的影响 对于振动方向平行（的双光束干涉， 相干条件 综上所述，相干条件为 5.1.3 获得相干光的方法 满足相干条件的光波称为相干光，发出相干光的光源称为相干光源。 两个普通(非激光)的独立光源，即使振动频率相同，不能认为有恒定的相位差。 即使是同一个光源，它的不同部分(不同点)发出的光之间也没有恒定的相位差。只有来自光源上同一电子同一跃迁发射的光波，它们的初相位才是相同的。 扩展光源是由大量互不相干的点光源组成。因此，它们都不是相干光源。 分波面法 Division of wave-front 由同一波面分出两部分或多部分，然后再使这些部分的子波叠加产生干涉。双缝干涉就是一种典型的分波阵面干涉。 分振幅法 Division of amplitude 同一光波经薄膜的上、下表面反射，将其振幅分成两部分或多部分，再将这些波束叠加产生干涉。薄膜干涉、迈克耳逊干涉仪和多光束干涉仪均利用了分振幅干涉。 5.2 双光束干涉 按相干叠加的光束数，干涉还可分为双光束干涉和多光束干涉。 本节讨论双光束干涉 5.2.1 分波面双光束干涉 Division of wave-front 激光分波面双光束干涉 一般处理方法 干涉条纹 条纹特点 干涉条纹代表着光程差的等值线，与双缝平行。 不定域干涉，干涉强度较弱。 条纹间距与干涉级次m 无关，即条纹是等间距的。 波长、介质及装置结构变化时干涉条纹将发生移动和变化。 对白光源，除中央亮纹呈白色外，其它各级亮纹变成彩色条纹，且相对于零级对称分布。 其它几种分波阵面双光束干涉装置 菲涅尔双棱镜 5.2.2 分振幅双光束干涉 产生分振幅干涉的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。某些干涉仪还利用所谓“虚平板”。 当两个表面是平面且相互平行时，称为平行平板；当两个表面相互成一楔角时，称为楔形平板。对应这两类平板，分振幅干涉分为两类；一类是等倾干涉，另一类是等厚干涉。 亮,暗环 暗环对应 等倾涵义 平板的折射率 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?1(或折射角?2 )。 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，同一级干涉条纹由具有相同倾角的入射光形成。因此，这样的干涉称为等倾干涉。 （2）等倾干涉图样的特点 * * 中心级次最高 * 第N个亮环的半径 * 圆环宽度 透射等倾 由于两支透射光之间没有附加的半波损失，其光程差为 透反射互补 透射光和反射光的光程差恰好相差?/2，相位差相差?，因此．干涉条纹互补，即对应反射光干涉的亮条纹，在透射光干涉中恰恰是暗条纹，反之亦然。 可见度很低 反射率较低时，两支透射光的强度相差很大，透射光等倾干涉条纹的可见度很低,所以，通常应用反射光的等倾干涉。 2. 等厚干涉 Equal thickness 光程差就只依赖于厚度。因此，干涉条纹即等强度线，与平板上厚度相同点的轨迹（等厚线）相对应，这种条纹称为等厚条纹 (2) 楔形平板 当平行光投射到厚度很薄、夹角很小的楔形平板表面时，由上下两表面反射的光在上表面相遇产生干涉。 条纹间距 ?1＝?2＝0时，光程差 相邻条纹间的厚度差 ? 很小时，条纹间距 5.3 多光束干涉 Multiple-beam Interference 5.3.1 平行平板的