南理工物理光学02-03.pptVIP

§12－3 干涉条纹的可见度 可见度定义： K表征干涉场中某处 干涉条纹亮暗反差的程度。 影响干涉条纹可见度的主要因素： 振幅比、光源的大小、光源的非单色性 1、从传递信息的角度来评价光的干涉条纹，表明，在所记录的干涉条纹强度分布中包含了 与 两个因子， 中包含了振幅比或光强比的信息。而条纹的形状、间隔等几何特征，反映了两列波之间位相差 的分布。所以若把干涉条纹记录下来，就相当于记录了相干光波的振幅比和位相差两方面的信息，就是所谓的“全息记录”。 2、干涉场强度归一化后，余弦变化的系数就是条纹的可见度。 此式告诉了你什么？ 一、振幅比 对条纹可见度的影响 二、光源宽度 的影响和空间相干性 (Spatial coherence) 实际光源是扩展光源—许多不相干点源的集合 1、光源宽度 对条纹可见度的影响 P r 1 r 2 O S 1 S 2 S S 0 x 1 r 2 r S dx c d b β l D l1 l2 x 干涉孔径角 宽度为b的整个光源在P点的光强： 讨论： 1）光源的临界宽度：条纹可见度为0时的光源宽度 2）光源的允许宽度：能够清晰地观察到干涉条纹时，允许的光源宽度 K 1 0.9 b 2、空间相干性 θ1 S 2 0’ x e bc β l D x S 1 θ2 ω 0 若通过光波场横向两点的光在空间相遇时能够发生干涉，则称通过空间两点的光具有空间相干性。 横向相干宽度 o 扩展光源方形-相干面积 扩展光源圆形-相干宽度 相干面积 扩展光源对o点张角 解释迈克耳逊利用测星干涉仪测量星体角直径的工作原理 【例题2-5】 设杨氏双孔干涉实验系统中 问杨氏双孔干涉实验中点光源的尺寸允许多大? [解] 这是个空间相干性问题，光源的大小将影响光波场的空间相干性。能够观察到较清晰的干涉条纹，取决于光源的允许宽度，它就是点光源的大小。 已知杨氏双孔干涉实验系统中： 则光源的允许宽度为： 在图所示的杨氏双缝干涉实验中，两个非相干单色点光源 的辐射功率相同，相距 ，辐射波长同为 ，实验装置的参数见图所示。求观察屏上： (1)干涉条纹的强度分布； (2)干涉条纹的可见度； (3)设 ，若要求观察屏上干涉条纹的可见度 ，问 最大值是多少 思考题： 三、光源非单色性 的影响和时间相干性 1、光源非单色性对条纹可见度的影响 实际使用的单色光源有一定的光谱宽度 这种情况将会影响条纹的清晰度(可见度)。理由很简单，因为光谱宽度范围内每一种波长的光都生成各自的一组干涉条纹，且各组条纹除零级外，相互间均有位移，所以与光源宽度的影响相仿，各组条纹重迭的结果，使条纹可见度下降。 所有谱线在干涉场中的光强分布 可见度： 讨论： 相干长度：对于光谱宽度为??（或?k）的光源能够产生干涉的最大光程差。 相干长度与波列长度一致 K 1 0 最大光程差 2、时间相干性(temporal coherence) 时间相干性：若同一光源在相干时间内发出的光经过不同的路径在空间相遇时，能够产生干涉，则称光具有时间相干性。 相干时间 ?t：光通过相干长度所需的时间。 公式： 光的时间相干性↑ ↑ ↓ 考察时间相干性的典型实验装置：迈克尔逊干涉仪实验 空间相干性和时间相干性分别与光源的哪些特征有关？ 一般用什么类型的干涉装置实现和研究？ 【例题2-6】 图示为一双缝实验，波长为λ的单色平行光入射到缝宽均为b(bλ)的双缝上，因而在远处的屏幕上观察到干涉图样。将一块厚度为t、折射率为n的薄玻璃片放在缝和屏幕之间。 (1) 讨论P0点的光强度特性。 (2) 如果将一个缝的宽度增加到2b，而另一个缝的宽度保持不变，P0点的光强发生怎样的变化? (假设薄片不吸收光。) (3) 若入射光为准单色光，玻璃片多厚时P0点附近条纹消失？ 解（3）由图，从两个缝发出的光，到达P0点时的光程差为 P0 这一光程差如果大于准单色光的相干长度，则P0点附近干涉条纹消失。准单色光的相干长度为： 因此，当 即： P0点附近条纹消失 若入射的准单色平行光平均波长为500nm，波长宽度为0.1nm，玻璃的折射率为1.5，则玻璃的厚度 故当则玻璃的厚度大于等于5mm时， P0点附近的条纹消失。 ? A、B两处的波相遇能否相干? 取决于光源的大小，是空间相干性问题。 ? A、C两处的波相遇能否相干? 取决于光源的单色性或波列长度，是时间相 干性问题。 ? A