[理学]光的干涉.ppt

第一章 光的干涉 光的波动性：光有干涉、衍射和偏振现象。光的粒子性：光电效应和康普顿效应。 光的干涉现象 干涉现象是波动过程的基本特性，研究光的干涉现象有助于认识光的波动本性、利用干涉现象。 主要内容 光波产生干涉的条件； 实现光波干涉的方法和装置； 光波干涉的规律及应用原理， 典型干涉仪的结构及用途。 学习重点 杨氏双缝干涉 薄膜干涉 牛顿环 迈克尔逊干涉仪 多光束干涉 1.1 波动的独立性、叠加性和相干性 电磁波谱 4、可见光 可见光波长范围390~760nm 频率范围7.5×1014 ~4.1×1014 Hz 可见光是对人眼而言，其他动物的感光范围跟人不同。 三、波动的叠加性和相干性 1、波在相遇的区域内，介质质点的合位移为各波分别单独传播时在该点引起的位移的矢量和——波的叠加原理。 E( P )=E1+E2+E3+‥‥ 2、干涉现象 两列波在叠加区域内，各点处的合振动强度有一定的非均匀分布的现象。 干涉现象是波动的特性。 三、波动的叠加性和相干性 3、相干与不相干叠加 基本分析方法 据波的叠加原理求出振动的合振幅。 光强正比于合振幅的平方。 分析光强表达式。 合振动的振幅、光强 合振动的振幅、光强 ▲.相干叠加： 三、 波动的叠加性和相干性 1) 相位相同 2)相位相反: 3)振幅相同，相位任意（ ） 相干叠加与非相干叠加 ▲ 非相干叠加： ，则： ▲ 多个叠加 : 三、 波动的叠加性和相干性 相干条件 振动方向相同，频率相同，位相差恒定。三个条件必须同时满足 满足相干条件的光称为相干光。 ▲ 相干与不相干在本质上都是波叠加的结果。 1.2 由单色波叠加所形成的干涉图样 一、相位差和光程差 1、相位差 P点相遇后, 在任意时刻的相位差 2 光程：定义光程△=nr折射率与几何路程的乘积叫光程 介质是不连续的 △=n1r1+ n2r2+ n3r3+…… + nmrm 介质是连续的 △=∫ndr 二、干涉条纹的形成 2、干涉条纹的轮廓 以 r1-r2 为常数的双叶旋转双曲面，而在平面光屏上为一组以强度相等为特征的点的轨迹的双曲线（近似为直线） 3、干涉图样的分析 1.3 分波面双光束干涉 一 光源和机械波源的区别 1. 2.机械波源： 在力学、声学现象和微波技术中，独立振源的振动在观察时间内通常是持续进行的，不发生中断现象，因而它们之间的位相关系能够保持不变．独立的机械振源一般是相干的，即机械波干涉通常是比较容易实现的． 1.3 分波面双光束干涉一 光源和机械波源的区别 3.区别 1.3 分波面双光束干涉 二、获得稳定干涉图样的条件 典型的干涉实验 1. 获得稳定干涉 图样的条件 ： 把从同一原子发出的光波分成两列或几列，使它们经过不同的路径后再相遇。相遇的两列波的频率、振动方向、初位相将随着原光波同步变化，即相位差稳定。 2.干涉的分类：： 分波前法干涉—例如杨氏实验； 分振幅法干涉—例如薄膜干涉； 分振动面法干涉—例如偏振光的干涉 3.分波面干涉的典型实验： （2）菲涅耳双面镜实验 （2）菲涅耳双面镜实验 条纹间距： 半波损失： 光程差：　　　 条纹特点：Ｍ`处为暗纹，干涉条纹仅在Ｍ`一侧 （无损则应为亮纹） （其它都是对称分布于两侧） (5)维纳驻波实验 §1.4 干涉条纹的可见度 光波的时间相干性和空间相干性一、 干涉条纹的可见度1、 干涉条纹的可见度 为了描述干涉花样的强弱对比，需要引入可见度（或对比度，反衬度）的概念，其定义为 二、 光源的非单色性对干涉条纹的影响 当波长为（?＋??）的第j级与 波长为?的第（ｊ+1）级条纹重合时，Ｖ→０。 即：?＝（j+1）?=（?+??）j ，j?+?=j?+j?? 三.时间相干性 光的单色性和波列的长度有一定的联系，光源向外发射的是有限长的波列,而波列的长度是由原子发光的持续时间和传播速度所确定。下图以杨氏干涉实验为例 由波列的长度L可确定它通过考察点所需要的时间 ?t0称为相干时间 四、光源的宽度对干涉条纹的影响 实际的光源总是有一定的宽度，我们可以把它看成由许多线光源构成。各个线光源在屏幕上形成各自的干涉图样，这些干涉图样间有一定的位移，位移量的大小与线光源到s的距离有关，这些干