《光学干涉》PPT课件

第二部分光的干涉,*14-9迈克耳孙干涉仪,14-8由分振幅法产生的光的干涉,14-7由分波阵面法产生的光的干涉,14-6光源光的相干性,一、光源发射光波的物体,1.热辐射,通过加热维持物体的温度，辐射就能持续进行下去，,光波就是电磁波，任何物体都辐射电磁波,白炽灯,太阳,146光源光的相干性,这种辐射称为热辐射或温度辐射。,电致发光,2.发光需依靠一些激发过程获得能量维持辐射,光致发光,化学发光,半导体发光二极管,闪电,荧光玩具,节能灯,萤火虫,霓虹灯,3.同步辐射光源,运动的电子迅速损失能量产生的辐射,优异的准直性和易脉冲化等特性,应用：为晶体结构研究，生物大分子和生物蛋白的结构研究提供了高性能的光源,北京的正负电子对撞机可提供同步辐射光,在同步辐射加速器中速度接近光速作环形,特点：方向性好、亮度高，还具有连续性、,1.普通光源（非激光光源）的发光机理,动方向一定、振幅不变或缓慢变化的正弦波,二、光的相干性,每一波列持续时间约为,或分子运动状态改变时发出,波列长度的数量级为L=0.1m,两波列的干涉现象无法觉察,普通光源发出的光是由构成光源的大量原子,原子发出的每一列光波是一段有限长的、振,因波列持续时间过短,振动方向和频率不一定相同，相位间无固定关系,不同原子发的光,同一原子先后发的光,同一原子,不同原子,频率相同，振动方向相同，在相遇点有恒定相位差,结论：两个独立光源发出的光波或同一光源,两列波为相干波的条件：,发出的波列,先后发出的波列,两部分发出的光波在相遇区观察不到干涉现象,2.相干光的获得方法,波列再令其重叠发生干涉,为得到明显的干涉现象，还必须满足：,在相遇点两列光波的光程,在相遇点两列光波的振幅不能相差太大,光程差r1n1-r2n2,相干长度一波列长,最大光程差,路程r1,路程r2,介质折射率n2,介质折射率n1,为实现光的干涉，可以从同一波列分离出两个,（几何路程与介质折射率的乘积）不能相差太大,单色光复色光,具有单一频率的光波称为单色光。,任何光源所发出的光波都有一定的频率（或波长)范围，在此范围内，各种频率（或波长）所对应的强度是不同的.所对应的波长范围越窄，光的单色性越好.,谱线宽度：通常用强度下降到,的两点之间的波长范围.,多种频率复合而成的光称为复色光.包含各种频率的复色光是白光.,实验室常用钠光灯、氪灯作为单色光源，目前最好的单色光源是激光.,3.目前最好的相干光源激光光源,激光的波列长度比普通光源长得多，例如氦氖激光器产生的激光相干长度可达几千米，再加上良好的单色性和方向性等，能产生易于观察和测量的干涉现象,一个正在辐射激光的激光器,激光产生的全息图像,通常产生相干光源的两种方法：,分波阵面法,分振幅法,光的波阵面分成两部分,和透射将入射光的振幅分成两部分,利用并排的孔或缝或利用反射和折射将入射,利用两种透明介质的分界面对入射光的反射,一、杨氏双缝实验,接收屏上形成的干涉图样,狭缝视为缝光源,光源,双缝,接收屏,位于同一波阵面上，相位相同，成为相干光源，,14-7由分波阵面法产生的光的干涉,发出的子波在相遇区发生干涉,缝光源S产生柱面波，双缝S1和S2与S等距，,因Dd，S1、S2发出的光波到P点的波程差为,=dsindtan,OP=x,r1-r2=S2B,1.单色光入射时屏上亮暗相间干涉条纹位置的计算,波程差计算,垂直于缝长的平面内同相面,若,即,初相相同的两相干波叠加后加强与减弱的条件为,合振幅最大,合振幅最小,出现亮条纹,若,即,出现暗条纹,亮条纹级次,暗条纹级次,屏中心O点,x=0，即k=0，在O点处出现明纹中央明纹.,与k=1，2，3，对应的暗条纹称为第一级，第二级，暗条纹.,2.杨氏双缝干涉的特点,单色光干涉，相邻亮条纹（或暗条纹）的间距为,干涉条纹等距离分布,白光干涉，只有中央亮条纹是白色，其他条纹发生重叠，形成彩色条纹,亮条纹间距,暗条纹间距,中央亮纹,干涉条纹间距与单色光波长成正比,总结杨氏双缝干涉条纹特点:屏中央为明纹,条纹对称等距地排列在中央明纹两侧.,条纹特点,相位差,二、菲涅耳双镜实验,S1和S2相当于,相邻亮条纹（或暗条纹）的间距为,出现亮暗条纹的条件,两个相干光源,与杨氏实验结果的类似,例1、例题14-1(自学)菲涅耳双镜=10-3rad，单色,解（1）cos1，sin=10-3,（2）当=10-2rad时，有,(2)若=10-2rad，问条纹间距将怎样改变？,(1)求屏上两相邻亮条纹的间距；,线光源S与两镜交线平行，r=0.5m，l=500nm，L=2m。,要获得较大的条纹间距，必须很小,变大时，条纹间距将变小,三、劳埃德镜实验,平面镜MM下表面涂黑，光仅从上表面反射,S和S相当于两个相干光源,实验结果表明：,杨氏实验结果,称为半波损失,反射光相位改变了,干涉条纹类似于,光从光疏介质向光密介质表面入射时,理论和实验证明：,n2,n1,正入射,n2n1,掠入射,法线,则反射光的相位改变，即出现半波损失,如果入射角接近0（正入射）或接近90（掠入射）,(折射率较小),(折射率大),例2、例题14-2劳埃德镜线光源S1到镜面的垂距为,OA=3mm，OB=0.333mm,得,解：C为S2投影,求相邻亮条纹间距及屏上能观察到的亮纹数？,干涉区上下边到屏中心距离OA和OB；(2)l=600nm,1mm，D为1.5m，MM=D/2，MO为D/4。(1)求,(1)由，有,同理,（2）与杨氏实验相比，得相邻亮纹间距为,由于有半波损失，光程差应为,亮纹位置x应满足,第一级亮纹位置x1=0.225mmd,离中心越远条纹越密.,亮环,暗环,亮环,暗环,或,设薄膜折射率为n，则在有半波损失时的光程差,牛顿环实验：通过暗环半径公式，得,可求得透镜的曲率半径R,如果反射有半波损失，则中心处为暗斑,特点：,条纹的间距是中间大,边缘小,条纹的级次是中间小,边缘高,否则为亮斑,例4一平凸透镜放在一平晶上，以波长为=5893的单色光垂直照射于其上，测量反射光牛顿环。测得从中央数起第k个暗环的弦长为lk=3.00mm,第(k+5)个暗环的弦长为lk+5=4.60mm,如图示.求平凸镜的球面曲率半径R.,lk+5,lk,第k+5暗环,第k个暗环,解:设第k个暗环半径为rk,第k+5个暗环半为rk+5,据牛顿环公式有,由图可见,d,入射光经半反膜后分成两束，G1、G2是平行放置的平板玻璃，其中G2是补偿板。M1、M2是两个全反镜，一般相互垂直,*14-9迈克耳孙干涉仪,平移距离d与条纹移动数N的关系满足,M1和M2严格平行时，M2移动表现为,M1和M2不严格平行时，则表现为,等厚干涉条纹不断移过