第2章光的干涉2(分波面多光束对比度)_60203031.ppt

1 一 典型装置多缝 等间距的平行缝 元件 光栅 光栅常数 透光宽度不透光的宽度 多缝 2 3分波面法多光束干涉光栅 2 相干光束和光程差 副光轴 衍射角 相邻光线的光程差相等 等于 3 场点P的振动应是 N个 缝数 同频率同振幅的同振动方向相邻光线的相位差相同的S H V 的合成 相邻光线的光程差 对应的相位差 4 3 次极大 多光束干涉的理论基础 1 主极大 2 的倍数的整数 极小 5 二 强度分布 N个缝 主极大 正入射的光栅方程 由上两式得 主极大的强度 6 主极大分布图 7 不同衍射角处的主极大 8 极小 由上两式得相邻光线光程差为 9 0级主极大 第一个极小 第二个极小 第N 1个极小 1级主极大 10 次极大两个极小之间有一个次极大两个主极大之间有N 2个次极大 只考虑多光束干涉的光强分布 如N 5 缝数愈多主极大愈强 11 思考 在一张图上定性画出N 2和N 4的干涉花样图总结相同之处和不同之处说明理由 如果N 主极大强度N2 亮两个主极大之间的极小个数N 1 主极大的宽度变窄当N趋于 时主极大又窄又亮 12 缝宽 0 05mm缝距 0 15mm缝长 6 0mm 3468缝夫琅禾费衍射图 13 汞的光栅光谱 分波面法结束 14 一 光束比对条纹对比度的影响 条纹对比度 2 4干涉条纹的对比度 光束比 光束比 光源的宽度 光源的非单色性 15 要求缝宽相等 即 16 二 光的非单色性相干长度 1 理想的单色光 2 准单色光谱线宽度 准单色光 在某个中心波长 频率 附近有一定波长 频率 范围的光 谱线宽度 波列有限长 17 自然线宽 波粒二象性 3 造成谱线宽度的原因 多普勒增宽 热运动 碰撞增宽 热运动 18 4 非单色性的影响 以双缝为例 复色光入射 同一级波长长的远离中心条纹宽度波长愈长宽度愈宽 19 注意 波长范围是 0 2 20 相干长度 能看到干涉的最大光程差 反映了光源的相干性 21 氦氖激光 白光光源 白光干涉条纹只出现在零光程差的位置附近 22 5 相干长度与时间相干性 相干长度 看到干涉现象所允许的最大光程差 中心波长 原则 只有同一波列分成的两部分经不同的光程再相遇时才能发生干涉 波列长度就是相干长度 23 波列长度 有限长波列 具有一定频宽 发光持续时间 波粒二象性的体现 24 频谱 波列长度与谱线宽度 变换 波列长度 25 三 光源宽度对干涉条纹对比度的影响 设光源宽度为b 空间相干性 设R d和b 1 现象分析 26 原理 光源上任一点经双缝在屏上产生自己的一套干涉图样 且各点源的条纹宽度相同 当边缘点源的条纹错开一级时 条纹对比度为零 27 2 线光源的极限宽度M点光源的干涉图样的零级条纹在中心L点光源的干涉图样的零级条纹在哪呢 设R d和b 28 令 M点光源的干涉图样的零级条纹在中心L点光源的干涉图样的零级条纹在哪呢 设R d和b 29 位置 另一边缘 点光源的干涉图样的 的零级条纹在哪呢 30 当光源宽度增大到某个宽度b0光源两端的明纹位错一个条纹间距时干涉条纹刚好消失 设R d和b b0称为光源的极限宽度 如图 L的 1级与L 的0级重合 得 31 时才能观察到干涉条纹 光源的极限宽度 受双缝间距及位置限制 实际上就是需要点光源 源和缝的间距R愈大 对光源的线度限制愈小 这就是点光源的概念 32 3 光场的空间相干性 孔径角 反映了光场中相干的空间尺度 孔径角 相干面积 33 例 估算太阳光射在地面上相干范围的限度和相干面积 已知太阳的视角约为10 2rad 解 取 34 迈克尔孙星体干涉仪 参宿四 Betelgeuse MichelsonPeaseMichelson 1920 35 例 迈克耳孙测星干涉仪被距我们44 6