光的干涉和干涉系統(tǒng)ppt課件.ppt

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1、11光的干涉和干涉系統(tǒng)干涉條件條紋可見(jiàn)度雙光束干涉多光束干涉兩個(gè)振動(dòng)方向不同復(fù)振幅的疊加光強(qiáng)兩個(gè)夾角為?的一般光矢量為E2E1xy?x和y軸上的疊加分量為合光強(qiáng)為或者光的相干性干涉必須滿足一定條件，即相干條件考慮兩個(gè)單色平面光波疊加其中2Re{?}為干涉項(xiàng)合光強(qiáng)為如果?1??2，光學(xué)拍，合成光強(qiáng)不穩(wěn)定如果??＝?1－?2＝??(t)是時(shí)間的函數(shù)，合成光強(qiáng)不穩(wěn)定a1?a2若為零，無(wú)干涉項(xiàng)干涉項(xiàng)的分析相干條件相互疊加的光波要發(fā)生干涉，各光波必須頻率相等振動(dòng)方向相同初始位相差固定干涉光強(qiáng)由兩部分構(gòu)成無(wú)空間變化的

2、背景項(xiàng)I1+I2有空間變化的干涉項(xiàng)不同相干條件下的疊加線性疊加光波滿足相干條件，各光波完全相干，合成光波的復(fù)振幅是各光波復(fù)振幅的線性疊加?復(fù)振幅線性疊加光波不滿足相干條件，各光波完全不相干，干涉項(xiàng)為零，合成光波的光強(qiáng)是各光波光強(qiáng)的線性疊加?光強(qiáng)線性干涉對(duì)光源的基本要求假設(shè)光源中只有一個(gè)發(fā)光原子，且原子可簡(jiǎn)化為一個(gè)電偶極子?，F(xiàn)有兩個(gè)這樣的光源，因?yàn)閮蓚€(gè)偶極子的振動(dòng)完全獨(dú)立，兩光波的頻率、振動(dòng)方向、初始相位、持續(xù)時(shí)間都是隨機(jī)的，所以不同光源發(fā)出的光波互不相干推論：一般情況下，只有同一光源發(fā)出的光波才有干涉的可

3、能楊氏實(shí)驗(yàn)假設(shè)點(diǎn)光源S是單個(gè)電偶極子，發(fā)出單色球面波S1和S2是不透明屏A上的兩個(gè)小孔由S1和S2分別發(fā)出的球面子波來(lái)自同一光源，滿足相干條件，觀察屏E上可以看到干涉圖樣P0Sr2Pzy0x0yxdlDS1S2r1EA楊氏干涉光強(qiáng)因?yàn)镾1和S2到S的距離相等，所以?僅由S1和S2到P點(diǎn)的光程差D決定E上的某一點(diǎn)P的光強(qiáng)為若I1=I2＝I0，n=1，P點(diǎn)的光強(qiáng)為光強(qiáng)強(qiáng)弱條件相長(zhǎng)干涉?光強(qiáng)達(dá)到最大I=4I0相消干涉?光強(qiáng)達(dá)到最小I=0光程差的計(jì)算S1和S2到P點(diǎn)的光程差Dw=d/D稱為會(huì)聚焦。觀察屏E上P點(diǎn)的

4、光強(qiáng)為楊氏干涉條紋特點(diǎn)觀察屏上z軸附近是一系列亮暗變化、平行于y軸的等距條紋條紋間隔白光源時(shí)，x=0,m=0的中心點(diǎn)是白條紋，離開(kāi)中心，逐漸出現(xiàn)彩色楊氏干涉條紋在整個(gè)空間的分布從S1和S2到空間任意點(diǎn)(x,y,z)的距離分別為二者之差是光程差D＝r2－r1，等光程差面為回轉(zhuǎn)雙曲面回轉(zhuǎn)雙曲面xzyS1S2等光程差（相位差）面對(duì)比度（可見(jiàn)度）衡量干涉條紋的質(zhì)量對(duì)比度（或可見(jiàn)度）K反映空間某一點(diǎn)P附近的條紋清晰度K＝0時(shí)，P附近光強(qiáng)一片均勻，沒(méi)有條紋，兩光束非相干；K＝1時(shí)，P附近的條紋最為清晰，兩光束完全相干

5、光源大小與條紋對(duì)比度假設(shè)光源由若干單色點(diǎn)光源構(gòu)成，各個(gè)點(diǎn)光源之間互不相干，但每一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的球面波通過(guò)S1和S2以后產(chǎn)生的兩個(gè)新球面波之間是相干的每一個(gè)點(diǎn)光源都在觀察屏E上產(chǎn)生一組K＝1的條紋，由于這些點(diǎn)光源的空間位置各不相同，因此各組條紋的中心點(diǎn)（即零光程差點(diǎn)）不重合不同方向擴(kuò)展光源的效果y擴(kuò)展，K不變，條紋范圍增；x擴(kuò)展，K下降x方向兩個(gè)點(diǎn)光源假設(shè)P0Sr1b/2?r2lS’S1S2P’0EdS干涉孔徑角?＝d/l，定義為到達(dá)干涉場(chǎng)某一點(diǎn)的兩支相干光從發(fā)光點(diǎn)出發(fā)時(shí)所夾的角度兩個(gè)點(diǎn)光源距離為bc/2時(shí)

6、，K＝0x軸兩端各連續(xù)擴(kuò)展bc/2光源的總寬度為bc擴(kuò)展光源上的每一點(diǎn)總可以在擴(kuò)展光源上找到距離自己bc/2的另一點(diǎn)，這一對(duì)點(diǎn)光源在觀察屏上的合成條紋K＝0所有這些成對(duì)的光源點(diǎn)共同作用，使得觀察屏上的總合成條紋K＝0x軸上總寬度為bc的連續(xù)擴(kuò)展光源，合成條紋K＝0光源連續(xù)擴(kuò)展的一般情況光源中心的元光源S在P點(diǎn)產(chǎn)生的光強(qiáng)為元光源S’在P點(diǎn)產(chǎn)生的光強(qiáng)為r1Sb/2dx?r2lS1S2P0EdxP?S’光源寬度與K的一般關(guān)系任意元光源在P點(diǎn)產(chǎn)生的光強(qiáng)為寬度為b的擴(kuò)展光源在P點(diǎn)產(chǎn)生的光強(qiáng)為擴(kuò)展光源下的一般對(duì)比度光

7、源連續(xù)擴(kuò)展的一般條紋對(duì)比度為光源臨界寬度b=bc光源許可寬度bp＝bc/4原子光譜原子處于穩(wěn)定態(tài)時(shí)，不發(fā)射或吸收光子原子在兩個(gè)狀態(tài)之間躍遷時(shí)低能態(tài)?高能態(tài)，產(chǎn)生吸收譜線高能態(tài)?低能態(tài)，產(chǎn)生發(fā)射譜線一個(gè)發(fā)光源由很多不同能量狀態(tài)的原子構(gòu)成?多條分立的譜線譜線的波長(zhǎng)對(duì)光強(qiáng)?光譜光譜的展寬自然展寬由于原子處于某能態(tài)的壽命有限，能態(tài)具有不確定性，從這樣的能態(tài)躍遷產(chǎn)生譜線的自然展寬多普勒展寬每一個(gè)原子都是做隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的微光源洛倫茲展寬原子之間互相碰撞，使能態(tài)壽命縮短，增加了能量的不確定性洛倫茲擴(kuò)展大部分光源是原子發(fā)光，

8、可用電偶極子模型描述電偶極子持續(xù)不斷地簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，輻射出無(wú)限延續(xù)的單色波（單一頻率）斷續(xù)輻射的光波不再是單色光設(shè)單色光為有限時(shí)間長(zhǎng)度的波列單色光的傅里葉變換為單色光只有一個(gè)正頻率分量?0在頻率分量為?0的單色光上截取?時(shí)間段的波列波列圖形波列的非單色性波列的傅里葉變換為設(shè)?=1/Δ?時(shí)間內(nèi)光波傳播的距離為2L=c??=c?1/[cΔ(1/?)]波列長(zhǎng)度2L越大，光譜寬度??越小，單色性越好多普勒效應(yīng)引起的光譜擴(kuò)展若發(fā)光體與觀察