波动光学-干涉2.ppt
3.5 时间相干性时间相干性 由于谱线宽度的存在，（准）单色光由于谱线宽度的存在，（准）单色光入射到双缝装置后，不同波长光都形成入射到双缝装置后，不同波长光都形成自己的干涉条纹，除自己的干涉条纹，除0级外，其余级次级外，其余级次都将错开，并出现都将错开，并出现不同级次的重叠。不同级次的重叠。为简单起见，讨论为简单起见，讨论一矩形光强分布的一矩形光强分布的准单色光。准单色光。重叠处光强重叠处光强是非相干叠加的。是非相干叠加的。/2 -+/2/2I1不同波长的干涉亮纹强度极大值的位置，不同波长的干涉亮纹强度极大值的位置，按级次排列的情况如下图示：按级次排列的情况如下图示：在波长在波长 范围内范围内2相干长度与谱线宽度的关系：相干长度与谱线宽度的关系：波长为：波长为：波长为：波长为：2+2kMkM-1kM+1kM亮成一片亮成一片k=0k=0112233当波长（当波长（+/2）的光）的光对应的对应的 kM级亮纹级亮纹与波长（与波长（-/2）的光）的光对应的对应的 kM+1级亮纹级亮纹重合时，此后条纹连成一片。重合时，此后条纹连成一片。于是有于是有波程差波程差 m=考虑到考虑到上式经整理得：上式经整理得：kMkM-1kM+1kM亮成一片亮成一片k=0k=0112234：两列波能发生干涉的最大波程差，：两列波能发生干涉的最大波程差，称为相干长度称为相干长度。M越大，相干性越好。越大，相干性越好。越小，单色性越好，干涉条纹对比度越小，单色性越好，干涉条纹对比度下降越慢，相干性越好（补图）。下降越慢，相干性越好（补图）。5（时间相干性越好）（时间相干性越好）所以所以,可以说时间相干性是波列长度有限可以说时间相干性是波列长度有限引起的。引起的。则则SS1S2c1c2b1b2a1a2Po从此图可以看出从此图可以看出:能产生干涉的能产生干涉的最大波程差就最大波程差就是波列的长度是波列的长度.若若L为波列长度为波列长度6 时间相干性的好坏，也可以用波列长度时间相干性的好坏，也可以用波列长度 L（相干长度）或波列延续时间相干长度）或波列延续时间（相干时间）（相干时间）来衡量。来衡量。补充二。对光的时间相干性的理解。补充二。对光的时间相干性的理解。波列长度越大，或相干时间越大，波列长度越大，或相干时间越大，就越能看到干涉现象，就越能看到干涉现象，时间相干性就越好。时间相干性就越好。73.63.6光程光程（optical path）位相差在分析光的叠加时十分重要，位相差在分析光的叠加时十分重要，为便于计算光通过不同媒质时的位相差，为便于计算光通过不同媒质时的位相差，引入光程概念。引入光程概念。光通过媒质时光通过媒质时 不变，但不变，但 要变为要变为。（补图）（补图）真空中的波长真空中的波长 -媒质中的波长媒质中的波长若媒质厚度为若媒质厚度为d,前后两点的位相差为前后两点的位相差为8从相位看：从相位看：媒质中距离媒质中距离d包含的波长数与包含的波长数与真空中距离真空中距离nd包含的波长数相同，即二者包含的波长数相同，即二者产生相同的相差。产生相同的相差。从时间看：从时间看：光在媒质中通过距离光在媒质中通过距离d的时间与的时间与在真空中通过距离在真空中通过距离nd的时间相同。的时间相同。nd折射率为折射率为n的媒质中，光在距离的媒质中，光在距离d上上的等效真空路程，称为光程的等效真空路程，称为光程以后采用光程差，就可一律用真空中的波长以后采用光程差，就可一律用真空中的波长计算了计算了9在光学中常用到透镜。需要指出的是在光学中常用到透镜。需要指出的是透镜不产生附加光程差透镜不产生附加光程差（补图）（补图）103.73.7薄膜干涉（一）薄膜干涉（一）等厚条纹等厚条纹 薄膜干涉是分振幅干涉。薄膜干涉是分振幅干涉。等厚条纹等厚条纹同一条纹反映膜的同一厚度。同一条纹反映膜的同一厚度。日常中见到的薄膜干涉：肥皂泡，雨天日常中见到的薄膜干涉：肥皂泡，雨天 地上的油膜，昆虫翅膀，地上的油膜，昆虫翅膀，其上的彩色。其上的彩色。膜为何要薄？膜为何要薄？光的相干长度所限。光的相干长度所限。薄膜干涉有两种条纹：薄膜干涉有两种条纹：等倾条纹等倾条纹同一条纹反映入射光的同一条纹反映入射光的 同一倾角。同一倾角。11一、劈尖（劈形膜）一、劈尖（劈形膜）劈尖劈尖夹角很小的两个平面所构成的薄膜。夹角很小的两个平面所构成的薄膜。1，2两束光来自同一束入射光，两束光来自同一束入射光，它们可以干涉它们可以干涉分振幅干涉分振幅干涉.设单色平行光入射，设单色平行光入射，在入射点在入射点A处，膜厚为处，膜厚为e，在在n,定了以后定了以后,只是厚度只是厚度e的函数的函数.观察劈尖干涉的实验装置观察劈尖干涉的实验装置（补图）。（补图）。12劈尖干涉劈尖干涉在膜表面附近形成明、暗相间的条纹在膜表面附近形成明、暗相间的条纹,13同一厚度同一厚度e对应同一级条纹对应同一级条纹等厚条纹等厚条纹在棱边处在棱边处e=0，由于半波损失而形成暗纹。由于半波损失而形成暗纹。eD条纹间距条纹间距 L=tanq明纹明纹暗纹暗纹 eekek+1L14相邻两条亮纹（或暗纹）对应的厚度差相邻两条亮纹（或暗纹）对应的厚度差 e：所以所以eD条纹间距条纹间距 L=tanq eekek+1L15演示演示:肥皂膜劈尖的干涉肥皂膜劈尖的干涉应用举例：应用举例：(补图）补图）1.测波长测波长.2.测微小直径、厚度（或镀膜厚度）、测微小直径、厚度（或镀膜厚度）、长度变化长度变化 3.检测表面质量检测表面质量.条纹分得更开，更好测量。条纹分得更开，更好测量。16二、牛顿环二、牛顿环平行光入射平行光入射,平凸透镜与平晶间形成平凸透镜与平晶间形成空气劈空气劈尖尖。17光程差光程差（n=1）(1)代入代入(2)得，第得，第k级暗环半径级暗环半径18牛顿环装置还能观测透射光的干涉条纹，牛顿环装置还能观测透射光的干涉条纹，它们与入射光的干涉条纹正好亮暗互补。它们与入射光的干涉条纹正好亮暗互补。(想一想为甚麽？想一想为甚麽？)。演示：演示：牛顿环牛顿环由由内疏外密内疏外密19牛顿环的应用：牛顿环的应用：测透镜球面的半径测透镜球面的半径R：数清数清m，测出测出 rk、rk+m，则则 测入射光波长：测入射光波长：R已知，数清已知，数清m，rk，rk+m 可算出可算出 （见上式）。见上式）。20 检验透镜（的球面）表面质量：检验透镜（的球面）表面质量：（因为（因为 n=1）21
