波动光学-干涉1

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,*,*,*,波动光学,（,Wave Optics）,1,光学-研究 光的现象;,光的本性;,光与物质相互作用,.,20世纪60年代激光问世后，光学有了,飞速的发展，形成了,现代光学,。,几何光学：,以光的直线传播规律为基础，,研究各种光学仪器的理论。,量子光学：,以光的量子理论为基础，,研究光与物质相互作用的规律。,波动光学：,以光的电磁波本性为基础，研究传播,规律，特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用,2,第三章 光的干涉,（,Interference of light）,3.1 光源的发光特性,一.普通光源与激光光源,光源的最基本的发光单元是分子、原子。,能级跃迁辐射,发光时间,t,10,-8,s,1.普通光源,3,原子发光是间隙式的.,各个原子的发光是完全独立的,互不相关.,它们何时发光完全是不确定的;,因此,不同原子发的光不可能产生干涉现象.,-自发辐射,例如:普通灯泡发的光;火焰;电弧;太阳光等等,发光频率,光的振动方向,光波的初位相,以及光波的传播方向等都可能不同;,4,2.激光光源,完全一样（频率，相位，振动，传播方向）,全同光子,可以实现光放大;单色性好;相干性好,-受激辐射,例如:氦氖激光器;红宝石激光器;,半导体激光器等等.,5,二. 光的单色性,实际原子的发光:,是一个有限长的波列,不是严格的余弦函数,只能说是准单色光:,在某个中心频率（波长）附近有一定频率,（波长）范围的光,。,衡量单色性好坏的,物理量是,谱线宽度,理想的单色光：,具有恒定单一频率的,简谐波，它无限伸展,。,例:,普通单色光,: 10,-2,10,0,A,激光 ：10,-8,10,-5,A,可见光,10,3,A,谱线,宽度,6,造成谱线宽度的主要原因,：,1. 自然增宽：,由能级自然宽度形成。,2. 多普勒增宽：,分子、原子的热运动引起.,3. 碰撞增宽：,碰撞可增加原子能级宽度.,由于谱线频率的展宽，一般波列的长度,只有几厘米或几毫米。,原子处在激发态有一定的寿命,，,-能级宽度,7,三、光的相干性,设,E,1,E,2,1,=,2,=,P:,两列光波相遇，只讨论电振动，,E ,光矢量.,r,1,r,2,8,P,点光强：,若,S,1,S,2,是完全独立，无规地发光，,没有固定位相差（,10，,20,是无规则变化的,）,即它们是非相干光源，则,若,S,1,S,2,是相干光源，,必有固定位相差（,10,-,20,=,const.),9,普通光源获得相干光的方法,：,将光源上同一原子同一次发的光,分成两部分，再使它们叠加。,10,3.2 杨氏双缝干涉 (,double slit interference),英国科学家,Thomas Young(1773-1829),s,s,1,s,2,一.条纹(中心)的位置,亮纹:,11,在, 较小的情况下,可以看出:,x,越大,波程差越大,干涉条纹的级次也越大.,12,暗纹:,二.条纹间距,相邻两亮纹(或暗纹)之间的距离都是,亮纹与暗纹交替排列.,不太大时条纹等间距.,13,(1)可以测光波的波长,(2)非单色光源,有色散现象:,白光入射时，0级亮纹,为白色（可用来定0级,位置），其余级亮纹,构成彩带,第二级亮纹,就出现重叠。,1,2,3,4,0,0.4,0.76,0.4,0.76,14,三. 条纹的衬比度(对比度),衬比度,V,差；,(,I,max,=4I,1，,I,min,=0,V=1.),3.3 其他分波面的干涉实验（自学）,15,3.4,空间相干性（,spatial coherence,）,对普通单色光源，光源尺寸对干涉有重要影响,.,设光源宽度为,b,，,把它视为许多平行于双缝的,线光源组成。,1,每一条细光源都会形成一套自己的双缝,干涉图样总光强应是非线性叠加,.,b,L,N,M,三处发光的,零级条纹错开,（非相干叠加）,16,当,N,对应的,0,级亮纹和,L,对应的,+1,级亮纹重合时，,条纹就亮成一片（条纹消失）。,(,补图,),可以证明（书,P113,）,:,在,Bd,，,Bb,的条件下，条纹刚消失时有：,称为光源的极限宽度,或,b,b,0,就观察不到干涉条纹了,应,b,b,0.,(,为观察到较清晰的干涉条纹通常取,b,b,0,/,4),b,大,或,d,大，,都趋向于使,条纹消失。,17,从另一角度看，,相干间隔,条纹刚消失时有：,即 才能看到干涉条纹。,对激光光源，,因光束输出截面上各点发的光,都是相干的，所以光源宽度不受以上限制。,18,空间相干性虽然对光源线度提出了限制，,但也可以利用空间相干性的干涉条纹消失,进行某种测量,。,D,例如,.,测遥远星体的角直径。,补充一。对光的空间相干性的理解。,19,