产生干涉的条.ppt

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1、第3章 光的干涉(Interference),光的干涉、衍射和偏振特性是光的波动性的主要特征,它们是许多光学仪器和测量技术的基础。本章研究光的干涉特性。,3.1.1 产生干涉的基本条件(The basic conditions for interference),白光下的肥皂膜,白光下的油膜,光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时,在重叠区内形成稳定的强弱强度分布的现象。,白光入射的杨氏双缝干涉照片,红光入射的杨氏双缝干涉照片,例如,下图所示的两列单色线偏振光,1.两束光的干涉现象,E1 与 E2 振动方向间的夹角为,P 点处的总光强为,I1、I2 是二光束的光强;是二光束的相位差,且有,1.两

2、束光的干涉现象,二光束叠加后的总强度并不等于这两列波的强度和,而是多了一项交叉项 I12,它反映了这两束光的干涉效应,通常称为干涉项。干涉现象就是指这两束光在重叠区内形成的稳定的光强分布。所谓稳定,是指用肉眼或记录仪器能观察到或记录到条纹分布。,1.两束光的干涉现象,显然,如果干涉项 I12 远小于两光束光强中较小的一个,就不易观察到干涉现象;,1.两束光的干涉现象,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。,在能观察到稳定的光强分布的情况下,满足,满足,的空间位置为光强极大值,且光强极大值 IM 为,1.两束光的干涉现象,当两束光强相等,相应的极大值和极小值分别为,1.两束光的

3、干涉现象,的空间位置为光强极小值,且光强极小值 Im 为,光强极大值的条件是,光强极大值是,光强极小值的条件是,光强极小值是,1.两束光的干涉现象,2.产生干涉的条件,1)干涉条纹可见度(对比度),首先引入一个表征干涉效应程度的参量干涉条纹可见度,由此深入分析产生干涉的条件。,2.产生干涉的条件,1)干涉条纹可见度(对比度),当干涉光强的极小值 Im=0 时,V=l,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。,2)产生干涉的条件,影响光强条纹稳定分布的主要因意

4、是,二光束频率以及二光束振动方向夹角和二光束的相位差。,2)产生干涉的条件,(1)对干涉光束的频率要求,当二光束频率相等,=0 时,干涉光强不随时间变化,可以得到稳定的干涉条纹分布。当二光束的频率不相等,0 时,干涉条纹将随着时间产生移动,且 愈大,条纹移动速度愈快。要求二干涉光束的频率尽量相等。,(2)对二干涉光束振动方向的要求,由(6)、(7)式可见,若二光束光强相等,则,(2)对二干涉光束振动方向的要求,若=0,二光束的振动方向相同时,V=l,干涉 条纹最清晰;若=/2,二光束正交振动时,V=0,不发生干 涉;当0/2时,0 V 1,干涉条纹清晰度介于 上面两种情况之间。要求二光束的振动

5、方向相同。,(3)对二干涉光束相位差的要求,为了获得稳定的干涉图形,二干涉光束的相位差必须固定不变,即要求二等频单色光波的初相位差恒定。,可见,要获得稳定的干涉条纹,则:(1)两束光波的频率应当相同;(2)两束光波在相遇处的振动方向应当相同;(3)两束光波在相遇处应有固定不变的相位差。这三个条件就是两束光波发生干涉的必要条件,通 常称为相干条件。,2)产生干涉的条件,3.实现光束干涉的基本方法,通常称满足相干条件的光波为相干光波,相应的光源叫相干光源。,(1)两束光波的频率应当相同;(2)两束光波在相遇处的振动方向应当相同;(3)两束光波在相遇处应有固定不变的相位差。,一个光源包含有许许多多个

6、发光的原子、分子或电子,每个原子、分子都是一个发光中心,我们看到的每一束光都是从大量原子(发光中心)发射和汇集出来的。但是每个单个原子的发光都不是无休止的,每次发光动作只能持续一定的时间,这个时间很短(小于10-8s),因而每次原子发光只能产生有限的一段波列。,1)原子发光的特点,1)原子发光的特点,由光的辐射理论知道,普通光源的发光方式主要是自发辐射,即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。,1)原子发光的特点,不同原子产生的各个波列之间、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,这样的光波叠加,当然不会产生干涉现象。,1)原子发光的特点,在一有限的观察时

7、间 内,二光束叠加的强度是时间 内的平均,即为,如果在 内各时刻到达的波列相位差 无规则地变化,将在 内多次(可能在108次以上)经历 0 与 2 之间的一切数值。,1)原子发光的特点,因此,即二光束叠加的平均光强,恒等于二光波的光强之和,不发生干涉。,上式的积分为,1)原子发光的特点,不仅从两个普通光源发出的光不会产生干涉,就是从同一个光源的两个不同部分发出的光也是不相干的。,60年代出现的一种新型光源激光器所产生的激光有很好的相干性,它是一种相干光源。,产生激光的必要条件:.激励能源(使原子激发);.粒子数反转(有合适的亚稳态能级);.光学谐振腔(方向性,光放大,单色性)。,2)获得相干光的方法,分波面法:将一个波列的波面分成两部分或几部分,由这每一部分发出的波再相遇时,必然是相干的,下面讨论的杨氏干涉就属于这种干涉方法。分振幅法:通常是利用透明薄板的第一、二表面对入射光的依次反射,将入射光的振幅分解为若干部分,当这些部分的光波相遇时将产生干涉。,2)获得相干光的方法,分波面法:杨氏干涉;分振幅法:平行平板产生的干涉。,

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