第十二章 光的干涉第二课

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3,、两列光波的叠加,P,1,2,r,1,r,2,1,2,E,0,E,10,E,20,干涉项,：光矢量,光强分布：,P,非相干光：,I =I,1,+,I,2,非相干叠加,完全,相干光：,相长干涉,（明）,（,k,= 0,1,2）,相消干涉,（暗）,(,k,= 0,1,2),p,实 验 装 置,一 杨氏双缝干涉实验,光程差,减弱,加强,p,相长干涉,（明）,（,k,= 0,1,2）,暗纹,明纹,12.3,光的时空相干性,一、光的非单色性,1,、理想的单色光,2,、实际光束：,准单色光,波列长,L=,c,光强降到一半时曲线的宽度,谱线宽度,准单色光：,在某个中心波长（频率）附近,有一定波长（频率）范围的光。,（,1,）自然宽度,E,j,E,i,E,i,3,、造成谱线宽度的原因,（,2,） 多普勒增宽,（,3,） 碰撞增宽,E,j,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,k,M,，,又,则有,- (,/2),合成光强,x,1,2,3,4,5,6,0,1,2,3,4,5,0,I,0,I,I,0,+,(,/2),+,(,/2),- (,/2),三 、相干长度与相干时间,1,、相干长度,两列光波能发生干涉的,最大光程差,叫,相干长度。,：,中心波长,S,S,1,S,2,c,1,c,2,b,1,b,2,a,1,a,2,P,S,1,S,2,S,c,1,c,2,b,1,b,2,a,1,a,2,P,才能,发生干涉。,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,分成的两部分，,经过不同的路,程再,相遇,时，,普通单色光：,激光：,（,实际上，一般为,10,-1, 10,1,m,）,（,理想情况）,光通过相干长度所需时间叫,相干时间。,2,、相干时间,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，,四、空间相干性的概念,光源宽度对干涉条纹对比度的影响,S,1,d,/2,S,2,R,D,光源宽度为,b,b,/2,L,M,N,0,M,0,N,0,L,I,非相干叠加,+1,L,1,N,x,I,合成光强,I,x,合成光强,b,增大,x,I,合成光强,0,N,x,+1,L,0,M,0,L,-1,N,S,1,d,/2,S,2,R,D,光源宽度为,b,0,b,0,/2,L,M,N,0,M,0,N,0,L,I,非相干叠加,+1,L,1,N,1,、极限宽度,当光源,宽度,b,增大到某个,宽度,b,0,时，,纹刚好消失：,干涉条,D,d,：,R,b,0,、,d,：,b,0,称为,光源的极限宽度，,x,/,2,+,1,L,r,1,d,0,D,R,r,2,r,1,r,2,单色光源,b,0,/,2,x,L,M,其计算如下：,此时,L,端的一级明纹中心在,一级明纹：,为观察到较清晰的干涉条纹通常取,，得,光源的极限宽度：,由,d,D,R,极限宽度,b,0,时，才能观察到干涉条纹。,当光源宽度,S,1,S,2,b,0,d,0,R,相干孔径角：,0,越小空间相干性越好,。,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。,普通单色光源,分波面干涉,受到光源宽度的限制，,不受以上限制。,d,0,对光源中心的张角。,存在,条纹亮度,和,对比度,的,矛盾。,而,激光光源则,2,、相干孔径角,P,L,D,C,3,4,E,5,A,1,B,2,12.4,分振幅干涉,薄膜干涉,反,射光的光程差,加 强,减 弱,P,L,D,C,3,4,E,5,A,1,B,2,相长干涉,（明）,（,k,= 0,1,2）,透,射光的光程差,注意：,透射光和反射光干涉具有互 补 性 ，符合能量守恒定律,.,根据具体情况而定,P,L,D,C,3,4,E,5,A,1,B,2,一、点光源照明时的干涉条纹分析,L,f,P,0,r,环,e,n,n,n n,r,A,C,D,2,1,S,i,i,i,i,光束,1,、,2,的光程差：,得,膜厚均匀（,e,不变）,又,B,等倾条纹,或,明纹,暗纹,形状：,一系列同心圆环,r,环,=,f,tg,i,条纹间隔分布：,内疏外密,（为什么？）,条纹级次分布：,内高外低,波长对条纹的影响：,膜变厚，环纹扩大,：,i,相同的光线对应同一条干涉条纹,等倾条纹,即,倾角,当,k,(,k,),一定时，,i,也一定，,L,f,P,o,r,环,i,S,i,1,2,e,n,n,i,i,n,条纹的特点,等倾条纹照片,形状：,一系列同心圆环,条纹间隔分布：,内疏外密,条纹级次分布：,内高外低,二 、面光源照明时，干涉条纹的分析,只要,i,相同，都将汇聚在同一个干涉环上,（非相干叠加），,因而明暗对比更鲜明。,f,o,e,n,n,n n,面光源,P,r,环,i,i,观察等倾条纹的光路和实验装置,i,n,M,L,S,f,屏幕,对于观察等倾条纹，没有光源宽度和条纹,对比度的矛盾,!,例题,白光照射空气中的平行薄膜，已知,h,=0.34,m,，,n,=1.33,问：当视线与膜法线成,60,o,和,30,o,时观察点各呈什么颜色 ？,解,nm,6,.,457,=,l,P,双 镜,nm,6,.,457,=,l,