《物理光学资料》第3讲光干涉和干涉仪.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； 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： 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，可见度有最大值(完全相干）。当Imax＝Imin时，可见度降为零，条纹消失（非相干）。当0 Imin Imax 时，0 ＜K ＜1（部分相干）。 当两相干光波的振幅不等时也会影响条纹的对比度。 代入对比度公式中得： （1）当A1=A2时，Im=0，K=1 对比度最明显； （2）当A1=0或A2=0时，K=0； （3）A1≠A2时，0K1。 小结：条纹对比度主要影响因子: （1）光源大小 光源临界宽度： 空间相干性（横向相干宽度）： 第六节 平行平板产生的干涉—等倾干涉 条纹半径： 第七节 楔型平板产生的干涉—等厚干涉 比较：等倾干涉条纹和牛顿环的异同点 同：1.均是一些同心圆环； 2.条纹间距随离开环中心距增大而减小，即中间疏边缘密。 异：1.干涉级： 牛顿环条纹干涉级由中心向外增大；等倾圆环干涉级中心向外减小。 2.中心条纹： 牛顿环中心总是暗（或亮）的；等倾圆环中心由对应的干涉级决定。 等倾条纹的形状与观察望远镜的方位有关，当望远镜物镜的轴与平板垂直时，条纹是一组同心圆环，其中心对应θ1＝θ2＝0的光线。 三、圆形等倾条纹 1、实验装置 当用扩展光源照射时，在焦平面上，仍可看到一组等倾圆环条纹，每一圆环与光源各点发出的相同入射角的光相对应。等倾条纹的位置只与形成条纹的光束入射角有关，而与光源的位置无关。因而光源的扩大，只会增加干涉条纹的强度，而并不会影响条纹的可见度。 2、条纹分析 根据光程差公式： 设中心点的干涉级数为m0，则有： 由于m0不一定是整数(即中心未必是最亮点)，令：m0=m1+q，其中m1是最靠近中心的亮条纹的整数干涉级，q是小于1的分数。 从右图中可以看出，越接近条纹中心， 越小，即光程差越大，干涉级越高，而边缘级次最底。 或 则从中心向外计算，第N个亮条纹的干涉级次为[m1-(N-1)] ，则该条纹的角半径 可由下式求出： 一般情况下， 和 都很小， 条纹角间距的计算 利用等式： 两边求微分得： 由折射定律 可知 当θ1、θ2较小 可见：靠近中心，级数大，条纹疏，离中心越远，条纹越密 特点: 1、愈接近等倾条纹中心，干涉级也愈高。h大则m大； 2、条纹的半径与 成比例，平板愈厚条纹也愈密， 当平板变厚时，中心吐出条纹，条纹间距变小，干涉条纹变密；平板变薄时，中心吞入条纹，间距变大，条纹变疏 。 3、靠近中心的条纹较疏，离中心愈远条纹愈密。 对于同一厚度的薄膜，在某一方向观察到某一波长对应反射光相干相长，则该波长在对应方向的透射光一定相干相消。因为要满足能量守恒。当两反射光干涉要考虑半波损失时，两支透射光之间没有附加的半波损失，其光程差为Δ=2nh cosθ。 四、透射光条纹 特点：可见度很低，因为 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。 如同平行板一样,楔形平板也可以产生非定域和定域干涉。如图所示，在点光源照明的情况下,空间任何平面上都可形成干涉条纹，这种 条纹是非定域的。但是当光源 是扩展光源时，由于光源上每 一点都产生自己的一组非定域 条纹，干涉条纹不能够在任何 平面上看到，条纹是定域的。 点光源照明楔形平板产生的干涉 定域面的位置根据关系式b＝λ/β，由β＝0的作图法确定，如下图所示，这些干涉点的轨迹一般来说是一个空间曲面，因此干涉定域为空间曲面。而且当光源与楔形平板的棱边各在 一方时，定域面在 楔形平板的上方， 如图（a）；而当 光源与楔形平板在 同一方时，定域面 在楔形平板的下方（b)。 一、定域面位置及定域深度 1、定域面的位置 楔形平板两表面的楔角愈小，定域面离平板愈远，平板成为平行平板时，定域面过渡到无穷远。 在楔形平板两表面的楔角不是太小，厚度足够小，定域面实际上很接近楔形平板和薄膜的表面。 日常生活中常见的薄膜干涉： 干涉条纹不仅发生在β＝0所确定的定域面上，在定域面附近的区域内也能