1、1,第三章 光的干涉(Interference of light),3.1 光源的相干性,3.2 双缝干涉及其他分波面干涉实验,3.3 时间相干性,3.4 空间相干性,3.5 光程,3.6 薄膜干涉（一） 等厚条纹,3.7 薄膜干涉（二） 等倾条纹,3.8 迈克耳孙干涉仪,2,3.1 光源的相干性,一. 光源（light source）,光源的最基本发光单元是分子、原子。, = (E2-E1)/h,E1,E2,能级跃迁辐射,波列长 L = c,3,2. 激光光源：受激辐射, = (E2-E1) / h,完全一样,1. 普通光源：自发辐射,独立（同一原子先后发的光）,独立（不同原子发的光）,（传
2、播方向，,频率，,相位，,振动方向）,间歇：随机（相位、振动方向均随机）,4,二. 光的相干性,1. 两列光波的叠加,P：,（只讨论电振动）,5,非相干光源：,I = I 1 + I 2 非相干叠加,完全相干光源：, 相长干涉（明）,（k = 0,1,2）, 相消干涉（暗）,(k = 0,1,2),6,衬比度差 (V 1),衬比度好 (V = 1),振幅比，, 决定衬比度的因素：,光源的宽度,光源的单色性，,干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）。,2. 条纹衬比度（对比度，反衬度）(contrast),7,3.普通光源获得相干光的途径,P,S *,分波面法：,分振幅法：,P,薄膜,S *,
3、在 P 点处 相干叠加,8, “点”光源的概念,“点”光源宏观小微观上包含大量原子。,*实际：从点光源所发光分波面、分振幅而相干。,a 原子：一次发光经两反射面后在P点相遇，产生干涉,b原子：与 a 原子几何位置相同，同样干涉。,两原子各自的光程差相同干涉结果相同。,每个原子一次发光在P点相干叠加；,在P点，各原子 相同干涉结果的非相干叠加,9,2 双缝干涉及其他分波面干涉实验,一. 双缝干涉,r1,r2,单色光入射,d ，D d （d 10 -4m， D m）,波程差：,相位差：,P,（书3.1和3.2节）,10,明纹,暗纹,条纹间距：,11,（1）一系列平行的明暗相间的条纹；,（3）中间级
4、次低，两边级次高；,明纹： k ，k =1，2（整数级）,暗纹： (2k+1)/2 （半整数级）,（4）,条纹特点：,（2） 不太大时条纹等间距；,白光入射时，0级明纹中心为白色,（可用来定0级位置），,其余级明纹构成彩带，,第2级开始出现重叠,（某条纹级次 = 该条纹相应的 之值）,（书P124 例 3.1）,12,白光入射的杨氏双缝干涉照片,红光入射的杨氏双缝干涉照片,13,二 . 光强公式,若 I1 = I2 = I0 ，,则,光强曲线,14,三. 干涉问题分析的要点：,（1）搞清发生干涉的光束；,（2）计算波程差（光程差）；,（4）求出光强公式、画出光强曲线。,（3）搞清条纹特点：,形
5、状、,位置、,级次分布、,条纹移动等；,15,干涉图象反映的信息：条纹对比度包含振幅比的信息；,故干涉图样反映出光的全部信息！,(全息照相与普通照相的差异),（全息照片）,条纹形状、位置、间距反映频率（波长）和相位（位置）,16,17,另一种观测双缝干涉的装置,由透镜物、像之间各光线等光程,所有讨论与结果同前装置！（Df）,确定相干光线： 光源发出的平行光,18, 四. 其他分波面干涉实验,要求明确以下问题：,1.如何获得的相干光；,2.明、暗纹条件；,3.干涉条纹特点：,4.劳埃德镜实验说明了什么？,重点搞清劳埃德镜实验。,形状、,间距、,级次位置分布；,（自学书P128129）,注意反射点
6、处有半波损失,19,一. 光的非单色性,1.理想的单色光,2.准单色光、谱线宽度,有一定波长（频率）范围的光。,谱线宽度：,准单色光：,在某个中心波长（频率）附近,20,（1）自然宽度,Ej,Ei,Ei,3.造成谱线宽度的原因：,（2） 多普勒增宽,（3） 碰撞增宽,Ej,波长范围,宽度,21,二. 非单色性对干涉条纹的影响,设能产生干涉的最大级次为kM ，,又,则应有：,22,三 . 相干长度与相干时间,1. 相干长度（coherent length）,两列波能发生干涉的最大波程差叫相干长度。,才能发生干涉。,上图表明，波列长度就是相干长度。,相干长度,能干涉,不能干涉,只有同一波列,分成的
7、两部分，,经过不同的路,程再相遇时，,：中心波长,23,普通单色光：,激光：,（实际上，一般为10 1 101m）,（理想情况）,24,波列长度,有限长波列,具有一定频宽,由,结果一致！,25,光通过相干长度所需时间叫相干时间。,2.相干时间（coherent length）,的长短来衡量的。,光的单色性好，,相干时间,时间相干性也就好。,时间相干性的好坏，,就是用相干长度M,（波列长度）,或相干时间,（波列延续时间）,相干长度和相干时间就长，,26,3.4 空间相干性（spatial coherence）,一. 空间相干性的概念,讨论光源宽度对干涉条纹衬比度的影响。,27,二. 极限宽度,当
8、光源宽度b增大到某个宽度b0时，,纹刚好消失：,干涉条,28,D d ：,R b0 、d ：,b0就称为光源的极限宽度，,其计算如下：,此时L的一级明纹的极大在,一级明纹：,29,光源的极限宽度,时，才能观察到干涉条纹。,为观察到较清晰的干涉条纹通常取,30,三. 相干间隔和相干孔径角,1. 相干间隔,R一定时，d0 越大，光场的空间相干性越好。,由,则要得到干涉条纹，,必须,。,令, 相干间隔,d0,若 b 和 R一定，,相干间隔d0 是光场中正对光源的平面上能够,产生干涉的两个次波源间的最大距离。,31,2. 相干孔径角,相干孔径角, 0 越大空间相干性越好。,在 0 范围内的光场中，正对光源的平面上 的任意两点的光振动是相干的。,不受以上限制。,相干孔径角来代替。,相干间隔也可以用, d0 对光源中心的张角。,存在条纹亮度和衬比度的矛盾。,而激光光源则, 普通单色光源分波面干涉受到光源宽度的限制，,
