第三章 光的干涉和干涉系统.ppt

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1、第三章光的干涉和干涉系统光的干涉现象：在两个或多个光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱，形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象称为光的干涉现象。（肥皂泡、水面上的油膜呈现的美丽色彩等）第一节简介一.光源光源的最基本发光单元是分子、原子1.普通光源：自发辐射独立(不同原子发的光)··独立(同一原子先后发的光)普通光源是一种非相干光源特点：同一原子发光具有瞬时性和间歇性、偶然性和随机性，而不同原子发光具有独立性。结论：普通光源发出的光波不满足相干条件，不是相干光，不能产生干涉现象。2.激光光源：受

2、激辐射各发光原子的动作、步调是有秩序、有规则、彼此协调的。同一原子先后发射的各波列之间，以及空间上不同原子发射的各波列之间都具有确定的相位关系。激光有很好的相干性。二、干涉的应用研究光谱线的超精细结构精密计量长度检验光学零件各种偏差光学元件表面镀膜制造干涉滤波片适应各种量度需要设计制造的各种干涉仪器三、相干光的获得原理：将同一光源上同一点或极小区域发出的一束光分成两束，让它们经过不同的传播路径后，再使它们相遇，它们是相干光。方法：分波阵面法：把光波的波阵面分为两部分分振幅法：利用两个反射面产生两束反射光1.分波阵面法

3、在同一波面上两固定点光源，发出的光产生干涉的方法为分波阵面法。如杨氏双缝干涉实验。pS*分波面法2.分振幅法一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两束光线产生干涉的方法为分振幅法。如薄膜干涉、等厚干涉等。分振幅法·p薄膜S*相干光的获得分波阵面法分振幅法薄膜干涉杨氏双缝干涉双棱（面）镜干涉洛埃镜干涉等倾干涉等厚干涉迈克尔逊干涉仪牛顿环劈尖干涉增透膜增反膜第二节光波干涉的条件一、光波干涉的条件两支蜡烛、两盏灯放在一起，同时照在墙壁上。无光强度明暗变化的干涉现象两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象，即使是同一个单色光源

4、的两部分发出的光，也不能产生干涉。无干涉现象两个完全独立的没有关联的光波无论如何不会产生干涉，而只有当两个光波有紧密关联或当两个光波是由同一光波分离出来时，才会发生干涉。（从光源本身的发光特性来解释）光源中单个原子发光是间歇的，持续时间约10-9秒。前后光波是完全独立的，初相位没有固定关系。不同原子发出的波列也如此。两个发光原子同时发出的波列形成的干涉图样只能在10-9秒内存在，另一时刻对应于另一位相差的干涉图样，只能记录到强度I的某一时间平均值。考察两光波叠加区域内的某一点P的强度1.非相干叠加对普通光源来说，由于

5、原子发光是间歇的、随机的、独立的，在观察时间内，相位差不能保持恒定,变化次数极多,可取0～2π间的一切可能值,且机会均等。于是非相干叠加时的光强为I=I1+I2可见，在非相干叠加时，总光强等于两光源单独发出的光波在该处产生的光强之和，且光强是均匀分布的。2.相干叠加如果在观察时间内，相位差保持恒定,则合成光强在空间形成强弱相间的稳定分布。这是相干叠加的重要特征。（1）频率相同否则两光波频率差引起随时间迅速变化的位相差的变化（2）振动方向相同干涉项I12与A1、A2的标量积有关。（3）位相差恒定位相差保持恒值，该

6、点强度稳定分布振动方向相同振动频率相同相位差保持恒定光程差不太大光强差不太大产生相干光的条件光程差不能太大，否则由同一波列分成的两个波列不能相遇二、光程和光程差1.光程L光的频率由光源确定。光速由媒质确定。在真空中光的波长为，光速为C，进入折射率为n的媒质中后，波长n,光速为v,由折射定律可知：相当于真空中走的波程为：定义光程：光程为光在媒质中传播的波程与媒质折射率的乘积。在媒质中光走的波程为r，则传播了个波长，相当于真空中传播的波长个数为：光程的物理意义：光程等于在相同的时间内光在真空中通过的路程。如果光线穿过

7、多种媒质时，其光程为：r1n1r2n2rinirnnn引入光程概念后，就能将光在媒质中通过的几何路程折算为真空中的路程来研究。这就避免了波长随媒质变化而带来的困难。2.光程差光程差为两束光的光程之差。Δ=s2s1r2r1pn1n2n1r1-n2r2Δ=s2S1p=r1s1pe1e2n1n2S2p=r2(r1-e1+n1e1)-(r2-e2+n2e2)3.两束光干涉的强弱取决于光程差，而不是几何路程之差光程差与相位差的关系为：光程差与相位差的关系光程差每变化一个波长，相位差变化则相位差为：光程差为，相位差为；不同光线通

8、过透镜要改变传播方向，会不会引起附加光程差？A、B、C的位相相同，在F点会聚，互相加强A、B、C各点到F点的光程都相等。AaF比BbF经过的几何路程长，但BbF在透镜中经过的路程比AaF长，透镜折射率大于1，折算成光程，AaF的光程与BbF的光程相等。解释使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。