《产生干涉的条件》PPT课件.ppt

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。,肥皂泡和油膜的干涉现象,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, 杨氏双缝干涉,实验室中的干涉和自然界的干涉,例如，下图所示的两列单色线偏振光,1. 两束光的干涉现象,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。,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。,偏振度:部分偏振光的总强度中完全偏振光所占的比例,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。,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。为了产生干涉现象，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。,当为了产生明显的干涉现象,二光束的振动方向相同。 。,(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