第11章光的干涉和干涉系统精选文档.ppt

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1、第11章光的干涉和干涉系统本讲稿第一页，共三十四页 光波的干涉条件光波的干涉条件 杨氏干涉实验杨氏干涉实验 干涉条纹的可见度干涉条纹的可见度干涉图样的计算干涉图样的计算干涉场的分布干涉场的分布振幅比振幅比光源大小光源大小非单色性非单色性影响可见度的因素影响可见度的因素本节内容本节内容本讲稿第二页，共三十四页XI剖面图剖面图r1r2双双缝缝单单缝缝屏屏双双 缝缝 干干 涉涉本讲稿第三页，共三十四页v光的干涉现象：光的干涉现象：v 在两个或多个光波叠加的区域，某些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

2、弱分减弱，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。（布的现象称为光的干涉现象。（肥皂泡、肥皂泡、下雨天水面上的油膜呈现的美丽色彩等下雨天水面上的油膜呈现的美丽色彩等）本讲稿第四页，共三十四页第一节第一节 光波的干涉条件光波的干涉条件一、光波相遇区某点光强一、光波相遇区某点光强本讲稿第五页，共三十四页二、干涉条件二、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)时，才不为零。本讲稿第六页，共三十四页（3 3）频率相同）频率相同 1 1不等于不等于 2 2，即位相是随时间变化的

3、，光波频，即位相是随时间变化的，光波频率率 1 1和和 2 2均为均为10101515 S S-1-1量级，而量级，而 一般大于一般大于1010-9-9 S S-1-1。故当故当 1 1和和 2 2仅仅相差百万分之一时便能使平均值仅仅相差百万分之一时便能使平均值为零。即使当为零。即使当 1 1和和 2 2之差在之差在1010-9-9 S S-1-1之内，可以探测之内，可以探测到干涉项，但干涉强度也是不稳定的。所以，为到干涉项，但干涉强度也是不稳定的。所以，为了得到稳定的干涉现象，要求了得到稳定的干涉现象，要求 1 1=2 2。（4 4）振动方向相同）振动方向相同本讲稿第七页，共三十四页（5 5

4、）相位差恒定）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频率相同振动方向相同相位差恒定+叠加光波光程差不超过波列长度叠加光波光程差不超过波列长度本讲稿第八页，共三十四页pS*分波前法分波前法分振幅法分振幅法p薄膜薄膜S S*本讲稿第九页，共三十四页第二节第二节 杨氏干涉实验杨氏干涉实验 1、P点的干涉条纹强度光强光强 I I 的强弱取决于光程差的强弱取决于光程差一、干涉图样的计算一、干涉图样的计算本讲稿第十页，共三十四页2 2、光程差、光程差D D的计算的计算光程差：本讲稿第十一页，共三十四页3 3、讨、讨 论论x（

5、1）（2）强度是x的函数，条纹平行于y轴，垂直于x轴本讲稿第十二页，共三十四页（3 3）用光程差表示）用光程差表示结论：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在同一条纹上的在同一条纹上的任意一点到两个任意一点到两个光源的光程差是光源的光程差是恒定的。恒定的。本讲稿第十三页，共三十四页（4 4）干涉条纹的间隔）干涉条纹的间隔本讲稿第十四页，共三十四页会聚角：两条相干光线的夹角为相干光束的会聚角：两条相干光线的夹角为相干光束的 会聚角，用会聚角，用ww表示表示本讲稿第十五页，共三十四页（5 5）干涉条纹间隔与波长）干涉条纹间隔与波长x

6、0白条纹白条纹白光条纹白光条纹本讲稿第十六页，共三十四页二、两个点源在空间形成的干涉场二、两个点源在空间形成的干涉场在三维空间中，干涉结果：等光程等光程差面差面局部位置条纹局部位置条纹本讲稿第十七页，共三十四页小结：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。本讲稿第十八页，共三十四页第三节第三节 干涉条纹的可见度干涉条纹的可见度可见度定义：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。表征了干涉场中某处干涉条纹亮暗反差的程度。本讲稿第十九页，共三十四页

7、对双光束干涉强度分布：对双光束干涉强度分布：影响条纹可见度的因素：影响条纹可见度的因素：振幅比振幅比 光源大小光源大小 光源的非单色性光源的非单色性本讲稿第二十页，共三十四页 一、振幅比本讲稿第二十一页，共三十四页 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二、光源大小的影响和空间相干性1、条纹可见度条纹可见度随光源大小的变化本讲稿第二十二页，共三十四页 定定 量讨量讨 论论 本讲稿第二十三页，共三十四页v以光源b上的c点光源为例：本讲稿第二十四页，共三十四页v已

8、知：v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。v于是宽度为b的扩展光源在p点产生的光强度为：令本讲稿第二十五页，共三十四页可见度：可见度：讨论：（1）可见度K随b变化（2）本讲稿第二十六页，共三十四页v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 2、空间相干性、空间相干性本讲稿第二十七页，共三十四页本讲稿第二十八页，共三十四页三、非单色性的影响和时间相干性三、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。本讲稿第

9、二十九页，共三十四页定量：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本讲稿第三十页，共三十四页总强度总强度可见度可见度本讲稿第三十一页，共三十四页（二）时间相干性（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。本讲稿第三十二页，共三十四页（2）与频率宽度的关系：v则v此式表明越小，t越大，时间相干性越好，显然，t等于波列的持续时间。v相干长度长，频宽窄、单色性好都可表征时间相干性好本讲稿第三十三页，共三十四页影响条纹可见度的因素：影响条纹可见度的因素：可见度K随b增大而降低。振幅比：光源大小：非单色性：本讲稿第三十四页，共三十四页