波动光学干涉.ppt

d sin d tan d x k
D
x k D
d
k 0, x0 0称0级中央亮纹
k
1,
x1
D
d
称 1级亮纹
k
2,
x2
2D 称
d
2级亮纹
可以看出: x 越大,波程差越大, 干涉条纹的级次也越大.
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暗纹:
d sin d tan d x (2k 1)
(k 1,2,3,)
简谐波，它无限伸展。 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
谱线 宽度
例:普通单色光
: 10-2 10 0A 激光 ：10-8 10-5 A 可见光 103A
6
造成谱线宽度的主要原因：
r1 r2
设E1‖E2 1=2=
P:
E1 E2
E10 E20
cos( cos(
t t
10 20
2 2
r1 ) r2 )
E=E1+E2
E E 0cos(t )
E02
E2 10
E2 20
2E10 E20 cos
20
10
2
(r2
r1 )
8
P点光强： I I1 I2 2 I1 I2 cos
0.76
位置），其余级亮纹
1
0.4
构成彩带,第二级亮纹 就出现重叠。
0 14
三. 条纹的衬比度(对比度)
衬比度V
I max I max
I min I min
I1 I2
衬比度V差；
I1 I2
衬比度 V 好；
(Imax=4I1，Imin=0——V=1.)
§3.3 其他分波面的干涉实验（自学）
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d B
b
记
d0
B b
—— 相干间隔
即 d d0 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。
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补充一。对光的空间相干性的理解。
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 。 例如. 测遥远星体的角直径。
1. 自然增宽：由能级自然宽度形成。 原子处在激发态有一定的寿命，
E h
E -----能级宽度
E1 E2
h
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。
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三、光的相干性
两列光波相遇，只讨论电振动，E —光矢量.
b大,或d大，都趋向于使条纹消失。
可以证明（书 P113 ）:
在B>>d，B>>b的条件下，条纹刚消失时有：
b B 或
d
d B
b
记
b0
B d
——称为光源的极限宽度
b≥b0就观察不到干涉条纹了 ,应b < b0.
(为观察到较清晰的干涉条纹通常取 b< b0/ 4)
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从另一角度看，条纹刚消失时有：
若S1,S2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
cos 0 I I1 I2
若S1,S2是相干光源， 必有固定位相差（10-20=const.)
cos cos I I1 I 2 2 I1 I 2 cos
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。
D
2
x (2k 1) D
2d
k
1,
x1
D
2d
称
1级暗纹
k
2,
x2
3D
2d
称
2级暗纹
二.条纹间距
亮纹与暗纹交替排列. 不太大时条纹等间距. 相邻两亮纹(或暗纹)之间的距离都是
D
x
d
13
x D
d
(1)可以测光波的波长
4
0.76 (2)非单色光源,
3
有色散现象:
白光入射时，0级亮纹
2
0.4 为白色（可用来定0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。
▲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
因此,不同原子发的光不可能产生干涉现象.
例如:普通灯泡发的光;火焰;电弧;太阳光等等
------自发辐射
4
2.激光光源
全同光子
完全一样（频率，相位，振动，传播方向） 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
理想的单色光：具有恒定单一频率的
▲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。
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第三章 光的干涉 （Interference of lig百度文库t）
§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。
1.普通光源
能级跃迁辐射
发光时间t10-8s
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; 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;
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§3.2 杨氏双缝干涉 (double slit interference) 英国科学家 Thomas Young(1773-1829)
s s1 s2
d ~ 104 m, D ~ m
一.条纹(中心)的位置
亮纹:
2k (k 0,1,2,) 或波程差 r2 r1 k
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在 较小的情况下
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§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。
L
bM
N
三处发光的 零级条纹错开 （非相干叠加）
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 . 161
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)