1光的叠加(干涉初步)ok.ppt

线性叠加原理光的相干条件干涉场的稳定性相位差与光程差两平面波干涉举例 波的线性叠加原理 在几列波相遇而互相交叠的区域中 某点的振动是各列波单独传播时在该点引起的振动的合成 E1 E2分别表示各列波单独存在时 某时刻t在某一确定场点处r产生的振动矢量 E则表示该场点在该时刻的合成扰动的振动矢量 波的叠加原理并不意味着两列波交叠时强度一定是相加 叠加原理可以看作是波的独立传播原理的必然结果 同频率简谐波叠加的一般分析及干涉概念 因波的叠加而引起强度重新分布的现象 叫波的干涉 干涉项 交叠区干涉场干涉场中光强随空间位置的分布干涉图样 1 频率相同 3 对给定点P 有稳定的 初 相位差 即两电场振动方向不垂直 存有相互平行的振动分量 光的相干条件 1 光振动的时间周期T 振动频率 2 实验观测时间 3 探测器的时间响应 可分别的最小时间间隔 4 光源一次持续发光的时间 一个波列的持续时间 能级寿命 稳定的相位差 与光源发光微观机制的特点 非相干 相干光源 和几个时间尺度有关 普通光源 自发辐射 一种随机过程 独立 同一原子先后发的光 独立 不同原子发的光 同一波列初相位是一定的 间歇性随机性 不同频率的光及相互独立的光源能否干涉 P点的瞬时合振动 光的振动频率极高 E的瞬时值无法测定 实际可观测量是在某段时间间隔 中的平均值 光强 在 观察时间可以看到干涉效应 可记录到干涉效应 暂态干涉 普通光源所发射的光波是一系列间断的 彼此无关的波列 只有在一个波列的持续时间 0中波的初相才保持恒定 在每一个 0的时间间隔 只与P点的位置有关 空间不同点具有不同的光强 即形成干涉条纹暂态干涉 在下一个 0间隔内 0已变成另一个值 干涉条纹则在空间中产生了某种随机平移 暂态干涉条纹在空间迅速 108 S 随机错动叠加 无干涉效应 对于任意两个同频率普通光源 或同一光源的两个不同部分 发出的光波 测量 观测 的是时间的平均值 这个光源是非相干光源强度非相干叠加 相干光源复振幅相干叠加 1 干涉问题实质上是一个时域中的统计平均问题 探测器无法追踪光场的即时振动 而只能是时间平均效应 光强 干涉场稳定性问题 一般地 讨论相干条件不能离开观测条件 3 在 值充分小时 可以得到暂态干涉 它并不要求两光波的频率完全相同及其相差完全恒定 只要在 时间中干涉项不为零 4 若 较大 即它远大于 1 2时拍的周期TB或光源恒定初相时间 0 则各暂态干涉效果被匀化而消失 只有在 0且 0 恒量 干涉的形成过程可依所考察的时间不同而分为三个层次 场的瞬时叠加 暂态干涉 稳定干涉 若要在充分长的时间中观测到稳定的干涉效应 以后的讨论只考虑稳定干涉 频率相同 有稳定的 初 相位差 存有相互平行的振动分量 必要条件 相干条件 干涉条纹的反衬度 对比度 衬比度 值越大 条纹亮暗对比越清晰 干涉现象是否显著 干涉现象的显著程度可用干涉条纹的反衬度来描述 在光场满足稳定干涉三条件时 只是空间位置的函数 1 两束光的振动方向尽可能一致 2 两束光的光强 振幅 尽可能接近 以后我们均考虑振动方向完全一致 衬比度差 1 衬比度好 1 振幅比 光强比 决定反衬度的因素 光源的宽度 光源的单色性 偏振性 真空中 介质中 光程 L ns是光的等效真空路程 真空中波长 极值条件光程差表示 例 P 使用透镜在像面观察不会产生附加光程差 相位差和光程差的关系 相长干涉 明 极大 相消干涉 暗 极小 干涉条纹可反映光的强度 相位信息 反衬度包含了振幅比的信息 形状 间距等反映了两列波之间的相位差的分布 凡是两个正交振动必定是非相干的 不论是否同频率 有稳定的相位差 干涉项相位差 p 旨在强调它是场点位置的函数 正是 p 的空间变化决定了干涉条纹的形状和分布 研究干涉的具体规律时主要有两点 1 光强分布基本公式 2 相位差或光程差判据 计算光强分布 确定明暗条纹位置 两列同频率 同振动方向的平面波的叠加 三维平面波的振动方向相同 故可用标量波表示 相同的点的集合构成了三维空间中的等强度面 干涉图样是三维空间中一族光强极大极小相间排列的平行平面 干涉图