武汉理工物理光学课件12第十二次课光波干涉的基本理论.ppt

第十二次课、光波干涉的基本理论 一．干涉概述 二．两束平面波的干涉 三*．两束球面波的干涉 一．干涉概述 1、与干涉相关的定义 2、干涉场强度 3、干涉项及干涉条件 4、反衬度 5、干涉装置 3、干涉项及干涉条件 4、反衬度 5、干涉装置 二．两束平面波的干涉 1、干涉场强度公式 2、干涉场强度分布特点 (1)、等强度面 (2)、极值强度面 (3)、干涉强度的空间频率和空间周期 (4)、二维观察平面上的强度分布—干涉图形 (5)、干涉条纹的反衬度 2、干涉场强度分布特点 * * 今后几次课将讲述光的干涉问题。 光的干涉及其应用是物理光学的重要内容： 从科学方面讲，对干涉现象的研究促进波动光学理论的发展； 从实用角度讲，光的干涉可以作为一种测量手段，可广泛用于生产实践和科学研究中。 关于光波的干涉，主要有以下基础内容： *1、获得稳定的干涉的条件； *2、以杨氏干涉为代表的分波面双光束干涉； *3、分振幅双光束干涉； *4、多光束分振幅干涉的情况； *5、薄膜多光束干涉及薄膜光学基础的问题。 内容 内容 1、与干涉相关的定义 两个或多个光波在同一空间域叠加时，如果该空间域的光能量密度分布不同于各个分量光波单独存在时的光能量密度和，则称光波在该空间域内发生了干涉。 各个分量波相互叠加且发生了干涉的空间域称为干涉场。 若在三维干涉场中放置一个二维的观察屏，则屏上将出现的稳定的辐照度分布图形，称之为干涉条纹或干涉图形。 影响光干涉的因素是光源和干涉装置，而干涉图形则是对光的干涉的观察。 光的干涉问题包括光源、干涉装置和干涉图形等三个要素，干涉问题研究这三个要素之间的关系，即从两个已知的要素求出第三个要素。 干涉的基本理论 就是从已知光源和干涉装置出发，研究干涉图形的分布规律。 干涉测量的任务 是根据光源和干涉图形分布研究干涉装置中待测物体引入的光程差或位相差的变化； 由干涉装置和干涉图形出发，研究光源的空间和时间分布性质，则是光谱学和天文观测的重要手段。 在光和物质的相互作用过程中，起主要作用的是光波中的电场； 电场的能量密度we正比于考察点电场强度的平方，并且随时间t快速变化； 而人眼以及其它一般的探测器所能反映的只是we的时间平均值； we= E2 = E·E(E·E*) (1) ——ε为介电常数，E为电场强度。 2、干涉场强度 这个平均值表示为： 在干涉问题中，E表示任一考察点P(r)处各个分量波叠加的瞬时合电场强度。 在通常的情况下，有意义的是干涉场中光能量密度的相对分布，因此可以用we的相对分布来描述一个干涉图形，定义为干涉场强度。 并表示为I(r)：I(r)= E·E (E·E*) (2) ——干涉场强度I(r)的单位是J/s·m3。 如果在三维干涉场中放置一个二维观察屏，屏上的辐照度正比于对应点的干涉场强度I(r)，于是，观察屏上I(r)的单位是J/s·m2。 we= E2= E·E(E·E*) (1) 设在空间一点P(r)叠加的两个平面波E1和E2的波函数分别为： E1(r,t)=E10cos(k1·r-ω1t+ ) (3a) E2(r,t)=E20cos(k2·r-ω2t+ ) (3b) 根据第九、十、十一次课讲述的光波的叠加原理可知，在t时刻P(r)点的合电场为： E(r, t)=E1(r, t)+E2(r, t) (4) 干涉场强度为： I(r)=E·E=(E1+E2)·(E1+E2)=I1(r)+I2(r)+2E1·E2 (5) ——————I1=| E10|2、I2=| E20|2 分别是P(r)点单独存在电场E1或E2时的强度。 按照光干涉的定义，只有2 E1 ·E2不为零才能说明该点此时发生了光的干涉，因此称式(5)中的2 E1 ·E2为两光束干涉的干涉项。 (6) 如果干涉项不为零，则要求： E10·E20≠0 (7) ——表明