第11章 光的干涉和干涉系统.ppt

1、,第十一章 光的干涉和干涉系统,光波的干涉条件 杨氏干涉实验 干涉条纹的可见度 平板的双光束干涉,光波的干涉条件 杨氏干涉实验 干涉条纹的可见度,本节内容,剖面图,双 缝,单 缝,屏,双 缝 干 涉,光的干涉现象： 在两个或多个光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱，形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象称为光的干涉现象。（肥皂泡、下雨天水面上的油膜呈现的美丽色彩等）,第一节 光波的干涉条件,一、光波相遇区某点光强,二、干涉条件,（1）第一项对时间平均值为零，因为其中的角频率极高。接收器响应时间远大于 2/(1+2)，故为零。 （2）第二项对时间平均值，仅当 2/(2-1

2、) 时，才不为零。,（3）频率相同 1不等于2，即位相是随时间变化的，光波频率1和2均为1015 S-1量级，而 一般大于10-9 S-1。故当1和2仅仅相差百万分之一时便能使平均值为零。即使当1和2之差在10-9 S-1之内，可以探测到干涉项，但干涉强度也是不稳定的。所以，为了得到稳定的干涉现象，要求1=2。,（4）振动方向相同,（5）相位差恒定,干涉条件,相干光波：满足干涉条件的光波称为相干光波， 相应的光源称为相干光源 产生相干光的方法：分波前法和分振幅法,+叠加光波光程差不超过波列长度,第二节 杨氏干涉实验,1、P点的干涉条纹强度,光强 I 的强弱取决于光程差,一、干涉图样的计算,2、

3、光程差D的计算,光程差：,3、讨 论,（1）,（2）强度是x的函数，条纹平行于y轴，垂直于x轴,（3）用光程差表示,结论： 1、干涉条纹代表着光程差的等线。 2、相邻两个干涉条纹之间其光程差变化量为一个波长l，位相差变化2,在同一条纹上的任意一点到两个光源的光程差是恒定的。,（4）干涉条纹的间隔,会聚角：两条相干光线的夹角为相干光束的 会聚角，用w表示,（5）干涉条纹间隔与波长,二、两个点源在空间形成的干涉场,在三维空间中，干涉结果：等光程差面,局部位置条纹,小结：,1、P点的干涉条纹强度：,2、光程差D的计算：,5、干涉条纹的意义：,3、干涉条纹的间隔：,4、干涉条纹间隔与波长：与波长成正比

4、,6、两个点源在空间形成的干涉场：等光程差面,光程差的等值线。,第三节 干涉条纹的可见度,可见度定义： 表征了干涉场中某处干涉条纹亮暗反差的程度。,对双光束干涉强度分布：,影响条纹可见度的因素： 振幅比 光源大小 光源的非单色性,一、振幅比,扩展光源:实际光源是有大小的,这种光源为扩展光源 定性：扩展光源上每个点源通过干涉系统后，都会在屏幕上形成自己的图样，导致干涉条纹的可见度下降。,二、光源大小的影响和空间相干性,1、条纹可见度随光源大小的变化,定 量讨 论,以光源b上的c点光源为例：,已知： 干涉孔径角（ ）：到达干涉场某点的两条相干光源从实际光源发出时的夹角。 于是宽度为b的扩展光源在p

5、点产生的光强度为：,令,可见度：,讨论： （1）可见度K随b变化,（2）,扩展光源SS”照射与之相距为L的平面，若通过面上s1和s2两点的光在空间再度会合时能够产生干涉，则称通过空间这两点的光具有空间相干性。,2、空间相干性,三、非单色性的影响和时间相干性,（一）光源的非单色性的影响 定性：单色光源是有一定光谱宽度的，会影响条纹的可见度。,定量： 设内各波长的强度相等，光源有K的谱宽，且为矩形分布，求解干涉条纹可见度与光谱宽度的关系。 波数K0处宽度dk的元光源在屏上某处的光强为,总强度,可见度,（二）时间相干性 光通过相干长度所需的时间为相干时间。,同一点源在相干时间内不同时刻发出的光经过不同路径到达干涉场将能产生干涉，光的这种相干性称为时间相干性； 相干时间是光的时间相干性的量度。,（2）与频率宽度的关系 ： 则 此式表明越小， t越大，时间相干性越好，