物理光学教程课件光的干涉2.ppt

1、波动光学 Wave Optics,第三章 光的干涉,分波面干涉,分波面干涉装置 按照分光方法不同，干涉装置可分为两类：分波面装置和分振幅装置 典型的分波面干涉装置 杨氏实验装置 菲涅耳型分波面装置（双面镜、双棱镜、洛埃镜等） 光栅等,分波面干涉,杨氏实验分波面的双光束干涉,S1和S2面积足够小，可以看作两球面波的干涉,平行于z轴的平行等距直条纹杨氏条纹,分波面干涉杨氏实验,干涉强度和杨氏条纹性质（理想光源） 光源S0位于y轴上,近似条件：杨氏干涉光路满足菲涅尔近似条件,分波面干涉杨氏实验,杨氏条纹强度分布 设S1和S2在P点强度均等于I0,干涉条纹是一组强度按余弦函数分布，方向与z轴平行的平行

2、等距直条纹。与两个平面波干涉图形基本相同。,分波面干涉杨氏实验,杨氏条纹基本特性 亮纹条件 暗纹条件 第m级亮纹位置 沿x方向空间频率 空间周期（条纹间距）,m=0时，x=0 零级亮纹位于观察屏中心,分波面干涉杨氏实验,杨氏条纹反衬度,只要观察距离d满足菲涅耳近似，在不同d值的平面上，杨氏条纹分布相似，反衬度不变V1。,反衬度不随观察点位置变化，称为,非定域条纹,分波面干涉杨氏实验,干涉会聚角表示的条纹间距和空间频率 干涉会聚角：菲涅尔近似条件下，在观察点处两条相干光线的夹角,杨氏条纹间距,平面波干涉空间周期,分波面干涉杨氏实验,干涉强度和杨氏条纹性质（理想光源） 光源偏离yz平面,分波面干涉

3、杨氏实验,杨氏条纹强度分布 设S1和S2在P点强度均等于I0,零级亮纹位置,分波面干涉杨氏实验,杨氏条纹强度分布特点 光源S0是位于y轴上的理想光源时，杨氏条纹是一组强度呈余弦函数分布，全对比，平行于z轴的平行等距直条纹，零级条纹位于x=0处 当光源S0在干涉装置的对称面内平移（沿方向）时，不改变光源空间的对称性，不影响S1和S2的初位相差，因此杨氏条纹不变 当光源S0偏离干涉装置的对称平面，即沿轴平移一段距离时，将使S1和S2之间产生的初位相差，引起整组杨氏条纹向光源S0移动的相反方向平移,分波面干涉杨氏实验,点光源下的杨氏干涉图形,分波面干涉杨氏实验,双缝和双孔的区别,分波面干涉杨氏实验,

4、点光源和线光源的区别 平行于轴的线光源,分波面干涉杨氏实验,线光源或双缝时的杨氏干涉图形,分波面干涉杨氏实验,点光源和线光源的区别 思考：如果线光源平行于轴,分波面干涉,其他分波面干涉装置 菲涅尔双棱镜,分波面干涉,其他分波面干涉装置 菲涅尔双棱镜,分波面干涉,其他分波面干涉装置 菲涅尔双面镜,分波面干涉,其他分波面干涉装置 菲涅尔双面镜,分波面干涉,其他分波面干涉装置 洛埃镜,分波面干涉,其他分波面干涉装置 洛埃镜,分波面干涉,其他分波面干涉装置 比累对切透镜,分波面干涉,其他分波面干涉装置 光栅,分波面干涉装置,（2003考研）图中所示菲涅耳双棱镜干涉装置。设棱镜顶角10，折射率n=1.5

5、，用波长=0.5m的单色平面波正入射照明，在棱镜距离l=2m的平面上观察：,（1）写出两相干光波E1和E2在平面上沿x轴的复振幅分布 （2）描述平面上干涉条纹的性质，如欲用感光胶片将干涉条纹记录下来，感光胶片的分辨率不能低于多少（单位:线/mm） （3）假设棱镜的尺寸不受限制，平面上共有多少条干涉条纹？,分波面干涉,实际光源的情形 光源有一定几何尺寸和功率密度分布，用空间辐射功率密度函数S(, )表示空间域扩展 光源发射光波包含不止一个时间频率或波长，用光波电场振动函数E(t)或功率谱S()表示时间域的扩展 光源的空间分布和时间分布特性，对杨氏条纹强度分布有何影响？,实际光源对分波面干涉的影响

6、,光源空间分布的影响,实际光源对分波面干涉的影响,光源空间分布的影响,实际光源对分波面干涉的影响,光源空间分布的影响,整个面光源产生的合成杨氏条纹强度分布,实际光源对分波面干涉的影响,光源空间分布的影响 可以导出，光源沿方向扩展时，每个宽度为 的线光源形成一组杨氏条纹，各组杨氏条纹按强度叠加，合成杨氏条纹仍然是一组平行等距直条纹，条纹间距与理想光源情形一样，但反衬度不再为1，变为,S (u)是S()的傅立叶变换,干涉孔径角，表示在p点相干的两条光线离开光源时的夹角,实际光源对分波面干涉的影响,例如：杨氏干涉装置中若采用宽度为b的狭缝面光源，其辐射功率密度为 其傅立叶变换 则条纹反衬度,若要求条

7、纹反衬度V=0.9，,可以求出允许的最大光源宽度、相干区尺寸、相干角度,实际光源对分波面干涉的影响,从扩展光源杨氏条纹合成的一般原理出发讨论： 光源在方向上扩展，该方向上光源尺寸为b 则光源上边缘两点在x方向上错开的距离为 而条纹间距 时，两组条纹完全重合 合成强度均匀分布，反衬度下降到0,可以求出反衬度不为零所允许的光源尺寸,若要求条纹反衬度V=0.9，,实际光源对分波面干涉的影响,光源宽度对反衬度的影响,实际光源对分波面干涉的影响,光源光谱组成的影响,合成杨氏条纹强度分布,实际光源对分波面干涉的影响,光源光谱组成的影响,实际光源对分波面干涉的影响,光源光谱组成的影响 可以求出，当采用非单色

8、点光源时，合成杨氏条纹的强度分布不再具有简单的余弦函数形式。一方面可以根据光源的时间频率特性来分析干涉条纹的强度分布规律；另一方面可以通过对干涉条纹强度分布的测量，反过来分析光源的时间频率特性。,实际光源对分波面干涉的影响,光源光谱组成的影响,光波的相干性,光波的空间相干性,光波的相干性,光波的空间相干性 相干区范围 相干区线度 相干面积 相干角度,光波的相干性,光波的时间相干性,光波的相干性,光波的时间相干性 相干光程 相干时间 最大干涉级,光波的相干性,几种光源的时间相干性,分波面干涉的应用,瑞利干涉仪,分波面干涉的应用,迈克耳逊天体干涉仪,分波面干涉的应用,迈克耳逊天体干涉仪测双星角间距

9、,分波面干涉的应用,迈克耳逊天体干涉仪测量双星角间距,改变M1和M2之间距离l，反衬度变化,当反衬度第一次下降到0时,分波面干涉的应用,迈克耳逊天体干涉仪测均匀圆形星体角直径,干涉习题,（2005考研）在图中所示的杨氏双缝干涉装置中，S1和S2为长度方向平行于 轴的双狭缝，缝长不限，缝间距为l；两个距离为a的非相干点光源A、B，光强都是I0，光波长为，对称分布在z轴两侧，与狭缝平面距离为c；观察面 距离双缝为d，所处空间介质折射率为n。,(1)不考虑单缝宽度，导出观察面上沿x轴的光强分布，并给出亮纹条件和条纹间距公式。 (2)设狭缝间距l可调整，问当l满足什么样的关系时，条纹反衬度分别为最大1和最小0。,干涉习题,