《光的干涉现象》ppt课件

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1、第2章光的干涉现象2.1双光束干涉2.2平行平板的多光束干涉2.3光学薄膜2.4典型干涉仪2.5光的相干性概念复习当两列或者多列光波在空间某处相遇时，如果在其重叠区域内能够产生相干叠加、光振动的振幅和光的强度在此重叠区域内能够形成空间周期性的稳定分布。其结果最终在观察屏上能够产生一系列明、暗相间的稳定图样，这种现象称为光的干涉。注意：叠加并不等于干涉！叠加仅仅是指两列光波在相遇处的相位差恒定，但即使相位差恒定并不一定都能够形成光的干涉。例如，两列传播方向相同、频率相等、位相差恒定、振动方向正交的线偏振

2、光叠加椭圆偏振光或者圆偏振光（在特殊情况下才是线偏振），所以并不产生光的干涉现象。可见，要产生光的干涉现象，还必须进一步满足别的条件。光干涉现象的分类（1）按照相位差是否恒定来划分①稳态干涉②瞬态干涉（2）按照参与相干叠加的光束数目的多少来划分①双光束干涉②多光束干涉（3）按照相干光产生的机理来划分①分（分割、切割、剪切）波振面法典型双光束干涉多光束干涉②分（分解）振幅法等倾干涉等厚干涉2.1双光束干涉2.1.1产生干涉的基本条件1.两束光的干涉现象2.产生干涉的条件2.1.2双光束干涉1.分波面

3、法双光束干涉2.分振幅法双光束干涉1.两束光的干涉现象2.1.1产生干涉的基本条件两列单色线偏振光PPE1pE1sI1、I2是二光束的光强；是二光束的相位差：两列光在P点相遇，与振动方向间的夹角为θ，则在P点处的总光强为：二光束叠加后的总强度并不等于两列波的强度和，而是多了I12，它反映了这两束光的干涉效应，通常称为干涉项。干涉现象——两束光在重叠区内形成的稳定的光强分布的现象。“稳定”——眼睛或记录仪器能观察到或记录到的条纹分布，即在一定时间内存在着相对稳定的条纹分布。如果干涉项I12远小于两光

4、束光强中较小的一个，就不易观察到干涉现象；如果两束光的相位差随时间变化，使光强度条纹图样产生移动，且当条纹移动的速度快到肉眼或记录仪器分辨不出条纹图样时，就观察不到干涉现象。在能观察到稳定的光强分布的情况下，满足干涉相长条件的空间位置为光强极大值，且满足干涉相消条件=(2m+1)m=0,±1,±2，…的空间位置为光强极小值，且如果两束光的强度相等即I1=I2=I0，则相应的极大值和极小值分别为：IM=2I0(1+cos)(极大值)Im=2I0(1cos)(极小值)干涉条纹可见度2.产生干涉

5、的条件当干涉光强的极小值Im=0时，V=1，二光束完全相干，条纹最清晰；当IM=Im时，V=0，二光束完全不相干，无干涉条纹；当IM≠Im≠0时，0＜V＜1，二光束部分相干，条纹清晰度介于上面两种情况之间。传播方向相同（或者相近）的两列光波在相遇点：（1）频率相等=0时，I不随t变化，可得到稳定的干涉条纹。0时，干涉条纹随t变化，且愈大，条纹移动速度愈快；当大到一定程度时，肉眼或探测仪器就将观察不到稳定的条纹分布。干涉的必要条件（2）振动方向相同（或相近）当两束光的强度相等时当两束光的振

6、动方向相同时，=0，cos=1，V=1；干涉条纹的可见度最大，干涉条纹最清晰。干涉的必要条件当两束光的振动方向垂直时，=/2，cos=0，V=0；干涉条纹的可见度为零，不发生干涉现象。当两列光波的振动方向既不平行也不垂直，0＜＜/2，0＜cos＜1，0＜V＜1；干涉条纹的清晰程度介于上述两种情况之间。因此，要产生高清晰度的干涉图样，要求两束光的振动方向必须相同。（3）相位差恒定（或者光程差固定）干涉的必要条件考虑到光源发光的特点，相位差恒定是关键。（1）光振动的振幅相差不能太悬殊；【理

7、想情形是振幅相等】（2）光程差相差不能太大。【理想情形是两列光波等光程】只有同时满足相干光的必要条件和补充条件，才能够在实验上获得稳定的、高清晰度的和高质量的干涉条纹。干涉的补充条件3.实现光束干涉的基本方法1）原子发光的特点一个光源包含有许许多多个发光中心（原子、分子或电子），每一束光都是从大量发光中心发射出来的。每个原子的发光持续时间108秒，因而每次原子发光只能产生有限的一段波列。普通光源的发光方式主要是自发辐射，各原子都是一个独立的发光中心，其发光动作杂乱无章，彼此无关。不同原子产生的各个

8、波列之间、同一个原子先后产生的各个波列之间，都没有固定的相位关系。在一极短时间内，叠加的结果可能是加强；在另一极短时间内，叠加的结果可能是减弱，于是在有限的观察时间内，二光束叠加的强度是时间内的平均：在内各时刻到达的波列相位差无规则地变化，则因此两个独立的普通光源不可能实现光的干涉；激光是从激光器中发出的、高度有序的、具有高光子简并度的受激辐射的相干光，但两个独立的激光器也很难实现相干。原因：它们不具备确定的位相关系。解决办法：“一分为二”，使