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第二章光的干预知识点总结
光的干预现象
两束(或多束)光在相遇的区域内产生相干叠加,各点的光强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,称为光的干预现象。
干预原理
注:波的叠加原理和独立性原理成立于线性介质中,本书主要讨论的就是线性介质中的情况.
(1)光波的独立传播原理
当两列波或多列波在同一波场中传播时,每一列波的传播方式都不因其他波的存在而受到影响,每列波仍然保持原有的特性〔频率、波长、振动方向、传播方向等〕
(2)光波的叠加原理
在两列或多列波的交叠区域,波场中*点的振动等于各个波单独存在时在该点所产生振动之和。
波叠加例子用到的数学技巧:
QUOTE
〔2〕 QUOTE QUOTE
注:叠加结果为光波复振幅的矢量和,而非强度和。
分为相干叠加(叠加场的光强不等于参与叠加的波的强度和)和非相干叠加(叠加场的光强等于参与叠加的波的强度和).
波叠加的相干条件
干预项:
〔1〕
〔1〕
〔2〕
〔3〕
〔干预项不为零〕
〔为了获得稳定的叠加分布〕
〔为了使干预场强不随时间变化〕
2.1.4 干预场的衬比度
1.两束平行光的干预场〔学会推导〕
〔1〕两束平行光的干预场
干预场强分布:
亮度最大值处:
亮度最小值处: QUOTE
条纹间距公式
空间频率:
〔2〕定义
衬比度
以参与相干叠加的两个光场参数表示:
衬比度的物理意义
1.光强起伏
2.相干度
完全相干
完全非相干
局部相干
2.2分波前干预
普通光源实现相干叠加的方法
(1)普通光源特性
发光断续性
相位无序性
各点源发光的独立性
根源:微观上持续发光时间τ0有限。
如果τ0无限,则波列无限长,初相位单一,振幅单一,偏振方向单一。这就是理想单色光。
(2)两种方法
分波前干预〔将波前先分割再叠加,叠加广场来自同波源具有一样初始位相〕
分振幅干预〔将光的能量分为几局部,参与叠加的光波来自同一波列,保证相位差稳定〕
杨氏双孔干预实验:两个球面波的干预
(1) 杨氏双孔干预实验装置及其历史意义
光程差分析〔要会推导〕
*Z
*
Z
(*,y)
当
当Q位于Z轴上时,R1=R2,则
(3)干预条纹分布
(4) 非近轴近似下的干预条纹分布
亮条纹和暗条纹在空间形成一系列双叶旋转双曲面。在平面接收屏上为一组双曲线,明暗交织分布。干预条纹为非定域的,空间各处均可见到。
(5)干预条纹间距公式
条纹间距:
(6) 干预条纹的物理意义:
光程差
物理意义:
1、干预条纹代表着光程差的等值线。
2、相邻两个干预条纹之间其光程差变化量为一个波长l,位相差变化2π。
2.2.3 其它分波前干预装置〔了解,见PPT〕
2.2.4 光源宽度对干预场衬比度的影响〔学会推导,记住图即可〕
扩展光源 (e*tended source of light)
具有一定的尺寸和体积
大量非相干点源的集合
多组干预条纹的非相干叠加降低衬比度
1 两个别离点源照明时的局部相干场
计算思路:
i先分别求出两点光源在观察屏上的光强分布,关键是找到关系式。
ii然后根据
算得各点光源在观察屏上的光强分布
iii由于两点光源非相干,所以总的光强分布可以直接由两者场强相加得到。
〔2〕衬比度变化
2 线光源照明时的局部相干场
计算思路:
i用到1中结论, QUOTE 。
并且有
ii对整个线光源积分:
衬比度变化:
3 面光源照明时的局部相干场
计算思路
与2接近,只是将线积分改为面积分。
方孔光源
与线光源照明时形式一样,区别在于方孔时常数项I0=B(ab),线光源时,I0=Bb
(3) 圆盘光源
积分不能得到解析式
圆盘光源极限直径:
光场的时间相干性
1.谱线宽度
光源有一定谱线宽度是光源发光的断续性造成的。
假设*一微观粒子辐射出的光波复振幅可表示为:
则播送强度随频率的分布:
当时, QUOTE , QUOTE 为该辐射光谱宽度。当 QUOTE 取无穷大时,就对应理想单色光的情况;当 QUOTE 较大以致 QUOTE 时,就称为准单色光由 QUOTE , QUOTE 可得:
这是一般情况下发光时间与谱线宽度的简单关系。
2.光源非单色性对条纹衬比度的影响
方垒型谱函数下干预场的衬比度
准单色光持续发光时间有限,因而发射的波列长度是有限的,相邻波列之间相位关系是随机的。
光场的空间相干性
光场的空间相干性是指在光源照明空间中横向任意两点位置处的光场和之间的相干程度,其相干程度是由光源本身的性质决定的,可以通过干预场的衬比度 QUOTE 来定量描述和之间的相干程度。
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