《物理光學(xué)》第三章 光的干涉和干涉儀.ppt

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1、第三章光的干涉和干涉儀一、教學(xué)要求：二、教學(xué)重點：三、本章概述：第三章光的干涉和干涉儀一、教學(xué)要求：1.深入理解兩個光波的非相干疊加和相干疊加，深入理解相干條件和光的干涉定義；2.了解光干涉的本質(zhì)及雙光束干涉的一般理論；3.牢固掌握揚(yáng)氏雙光束非定域分波前干涉裝置的干涉光強(qiáng)分布的各種規(guī)律；第三章光的干涉和干涉儀4.牢固掌握分振幅等頃干涉的條紋形狀、光強(qiáng)分布規(guī)律、定域問題及其應(yīng)用；5.牢固掌握分振幅等厚干涉的條紋形狀、光強(qiáng)分布規(guī)律、定域問題及其應(yīng)用；6.牢固掌握邁克耳遜干涉儀的結(jié)構(gòu)特點，改變間隔d時的干涉條紋變化以及干涉儀的應(yīng)用；第三章光的

2、干涉和干涉儀7.牢固掌握干涉場可見度的定義，光波場的空間相干性和時間相干性對于干涉可見度的影響。8.掌握光的相干條件，相干光的獲得方法，光源的相干性；二、教學(xué)重點：1.相干條件，相干光的獲得方法，光源的相干性；第三章光的干涉和干涉儀2.揚(yáng)氏雙光束非定域分波前干涉規(guī)律；3.分振幅等頃干涉的規(guī)律、定域問題及其應(yīng)用；4.分振幅等厚干涉的規(guī)律、定域問題及其應(yīng)用；5.干涉場可見度的定義，光波場的空間相干性和時間相干性對于干涉可見度的影響。第三章光的干涉和干涉儀三、本章概述：光的干涉現(xiàn)象：是當(dāng)兩個或多個光波（光束）在空間相遇疊加時，在疊加區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)

3、的各點強(qiáng)度穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布現(xiàn)象。本章研究兩光束干涉，下一章研究多光束干涉。實際光波不是理想單色光波，因而要使實際光波發(fā)生干涉，必須利用一定的裝置,讓光波滿足某些條件（干涉條件）。第三章光的干涉和干涉儀使光波滿足干涉條件的途徑有多種，因此，相應(yīng)地有多種干涉裝置（干涉儀）。從獲得滿足干涉條件的方法上分，干涉儀分為兩類：1.分波前干涉儀；2.分振幅干涉儀。后面的分析可看到：前者只容許使用足夠小的光源，而后者可把光源尺寸拓展，因而可以獲得強(qiáng)度較大的干涉效應(yīng)。第三章光的干涉和干涉儀歷史上最早使用實驗方法研究光的干涉現(xiàn)象的是ThomasYoung,在

4、1802年。其后菲涅耳等人用波動理論很好地說明了干涉現(xiàn)象的各種細(xì)節(jié)，至20世紀(jì)初干涉理論可謂已相當(dāng)完善，本世紀(jì)三十年代，范西特和澤尼克發(fā)展了部分相干理論，使干涉理論進(jìn)一步臻于完善。光的干涉和干涉儀在科學(xué)技術(shù)的許多部門中都有非常廣泛的應(yīng)用。它也是本課程重點內(nèi)容之一。第三章光的干涉和干涉儀干涉的研究內(nèi)容：干涉的三個要素：一般說來光源、干涉裝置（能產(chǎn)生兩束或多束光波并形成干涉現(xiàn)象的裝置）和干涉圖形構(gòu)成干涉問題的三個要素。干涉問題：研究這三個要素之間的關(guān)系，達(dá)到由其中兩者求出第三者的目的。第三章光的干涉和干涉儀其中，“光源”的性質(zhì)由位置、大小、

5、亮度分布和光譜組成等因素決定；“干涉裝置”的性質(zhì)主要體現(xiàn)它對各個光束引入的位相延遲；“干涉圖形”由輻照度分布描述，包括干涉條紋的形狀、間距、反襯度和顏色等。通常它可以被直接測量。第三章光的干涉和干涉儀干涉項：由前面維納實驗可知，對感光乳膠等接收裝置起主要作用的是光波中的電場，因此考察干涉場中的電場能量密度（光強(qiáng)）分布是重要的。在干涉場中任一點，電場能量密度We正比于該點電場強(qiáng)度的平方，并隨時間高速變化。接收器能反映的是它的時間平均值：第三章光的干涉和干涉儀接收器能反映的是它的時間平均值：若干涉場由兩束光波形成，它們在某點的瞬時電場強(qiáng)度分

6、別為E1和E2。則在疊加原理適用的范圍內(nèi)：有則：上式右端的時間平均值稱為干涉場的強(qiáng)度，并用I表示。第三章光的干涉和干涉儀于是，有此式表明當(dāng)2不為零時，便會出現(xiàn)干涉，故稱此項為干涉項。注：并非疊加原理不成立時不出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，相反這時將出現(xiàn)更為復(fù)雜的干涉項?！?－1產(chǎn)生干涉的條件考慮兩單色、線偏振光相遇時產(chǎn)生干涉的條件：設(shè)兩光束的波函數(shù)分別為：§3－1產(chǎn)生干涉的條件則：干涉項，積化和差式中：①右端第一個時間平均值為零，因為其中的圓頻率極高。接收器響應(yīng)時間遠(yuǎn)大于2π/(ω1+ω2)。故為零。②右端第二個時間平均值，僅當(dāng)τ<2π/

7、(ω2-ω1)時，才不為零?！?－1產(chǎn)生干涉的條件一般，?1和?2均為10-15S-1量級，而?一般大于10-9S-1。故當(dāng)?1和?2僅僅相差百萬分之一時便能使平均值為零。既使當(dāng)?1和?2之差在10-9S-1之內(nèi)時，可以探測到干涉項的拍頻效應(yīng)，但是，作為干涉現(xiàn)象而言，干涉場的強(qiáng)度分布也是不穩(wěn)定的?！?－1產(chǎn)生干涉的條件這樣，為了得到穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，首先需要滿足的條件是：?1=?2（1）另：為了使干涉項不為零，其系統(tǒng)E10·E20應(yīng)不等于零。E10·E20??0（2）說明：E10和E20不互相垂直是產(chǎn)生干涉的又一個必要條件。對于嚴(yán)格的單色

8、波而言，上述兩個條件是足以保證產(chǎn)生干涉現(xiàn)象§3－1產(chǎn)生干涉的條件然而，在光學(xué)波段內(nèi)不存在嚴(yán)格的單色波，普通光源的每個發(fā)光原子都是間斷地發(fā)光的，每次發(fā)光的持續(xù)時間為10－8S量級。各個原子或每個原子各次發(fā)射光