第17次课02光的干涉0311级.ppt

1、第3章 光的干涉,3.1 相干光及其获得 3.2 光程 光程差 3.3 分割波面法产生的光的干涉 3.4 薄膜干涉（一）等厚条纹 3.5 薄膜干涉（二）等倾条纹 3.6 迈克尔逊干涉仪,* 3.7 干涉条纹的可见度 时间相干性与空间相干性,3-4 薄膜干涉(一)等厚条纹,一. 薄膜干涉（最典型）,二. 等厚干涉,1.劈尖干涉,条纹为平行于棱边明暗相间等间隔的直条纹，棱边处(e=0)为暗纹,2.增透与增反,增反：,增透(减反)：,可由此波长推出要镀膜的厚度,3. 牛顿环,3. 牛顿环,白光入射时将出现 由紫到红的彩色条纹, r = 0 的地方，是零级暗纹；, 条纹不是等间距的，越外越小, 中间填

2、充介质，仍有一条光线有半波损失,3-5 薄膜干涉(二)等倾条纹,一. 薄膜干涉（最典型）,二. 等倾干涉,1. 等倾条纹成因,2. 等倾条纹特点,3-5 薄膜干涉(二)等倾条纹,等倾条纹成因 同波列相干叠加 不同波列同 i 非相干叠加,“2”,2. 等倾条纹特点,i小， 大，r 小，k 大 i大， 小，r 大，k 小,3.6 迈克尔逊干涉仪,一.构造及光路图,透镜,半涂银镜,补偿透镜,反射镜,眼或望远镜,M1,M2,G1,G2,L,E,M1,光源,当M1移动半个波长时,光程差改变一个波长,视场中将看到 一条条纹移过,当视场中看到N条条纹移过时，M1平移的距离为：,二.干涉原理, 测量微小长度的

3、变化, 测量光波波长, 测折射率 n 另外，根据迈克尔逊干涉仪原理发展出了多种适合不同要求的光学干涉仪。如： 显微干涉仪(测定表面光洁度) 法布里-珀罗干涉仪(测定光谱线波长) 气体检测干涉仪测矿井瓦斯或潜水艇中CO2含量 还有泰曼干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪等,三.应用,激光、光纤的加入 使干涉仪的精度和应用范围加大,历史上迈克尔逊曾用此干 涉仪测定红隔线的波长：,150C.1atm的干燥空气中,1927年国际会议规定：,1983年国际17届计量 会议规定：,1960年国际会议规定：,E,M1,M2,G1,G2,L,解：,例：迈克尔逊干涉仪两臂中分别加入20cm长的玻璃管，一个抽成真空，一个充

4、以一个大气压的氩气，今以汞光线（=546nm）入射干涉仪，如将氩气抽出, 发现干涉仪中条纹移动了205条, 求氩气的折射率。,*3.7 时间相干性和空间相干性 (Temporal Coherence and Spatial Coherence ),一.干涉条纹的可见度,1.单色光入射时，只能在中央条纹附近看到 有限的为数不多的 几条干涉条纹,2）单缝或双缝宽度 增大时，干涉条纹 变得模糊起来,为什么？,光的干涉除满足同频率、同振动方向、 相位差恒定以外，还要满足：,光程差： L (相干长度),光源线度：,时间相干性是考虑光波的纵向传播相干性问题 空间相干性是考虑光的横向相干性问题,2. 可见度

5、：,二. 时间相干性,指由原子一次发光所持续的时间来确定的光的 相干性问题-,1)两波列的光程差为零,可产生相干叠加,2)两波列的光程差较小，小于波列长度,能参与产生相干叠加的波列长度减小,干涉条纹 变模糊了 ！,P,若是明纹，则明纹不亮；若是暗纹；暗纹不暗,原因：,3)两波列的光程差较大，大于波列长度,相干叠加已消失，只有非相干叠加,干涉条 纹消失 了！,原因：,P,此乃高干涉级条纹看不清或消失的原因之一,结论：产生光的干涉还须附加条件：,4）相干时间与谱线宽度有如下关系：,谱线宽度,可见，光的单色性越好，光的相干长度就越长，光的时间相干性也就越好,几种物质的波长、线宽及波列长度,发光物质,

6、三.空间相干性,光源总是有一定的线度的，当光源线度不大时：,从S和S发出的光产生的干涉条纹叠加后，仍能 分辩清楚明暗条纹。,S,S,当光源线度b较大时：,从S和S发出的光产生的干涉条纹叠加后，干涉 条纹对比度降低，明暗条纹变得模糊。,S,S,当光源线度b增大到某一限度时：,干涉条 纹消失 S和S 发出的 光的光 程差之 差为/2,S,S,可见：为了产生清晰的干涉条纹，光源的线度 受到一定限制,.“空间相干反比公式”,称为“相干范围孔径角”,书：P.135 P.138,也即 越大，在垂 直于光传播的平面内， 任取两点作相干光源 的空间范围越大， 或空间相干性越好。,注意：对空间相干性，还可这样提出问题：,已知光源的线度b，要问：在光传播的光场中， 在多大的横向范围内，任取两点总可作相干光 源。,这种横向范围越大，空间相干性也越好。,设一线度为b的光源，波长为，相干孔径角为,事实上，以 d 为直径的圆面积对光源所张立体 角内的空间点都满足上式。,总结：,1）光的干涉除满足同频率、同振动方向、 相位差恒定以外，还要满足：,