物理光學簡明教程[梁銓廷]PPT

1、2.3 2.3 分波前干涉的其他實驗裝置分波前干涉的其他實驗裝置楊氏干涉實驗裝置是最典型的分波前干涉裝置，分波前干涉的其它實驗裝置的基本原理與楊氏實驗裝置相同，它們將點光源發(fā)出的光波的波前分割出兩部分，并使之通過不同的光程產(chǎn)生干涉。因此，只要確定兩相干光源的位置，就可利用楊氏干涉實驗的有關(guān)公式進行計算.1. 菲涅耳雙菲涅耳雙面鏡面鏡（2.3-1）菲涅耳雙菲涅耳雙面鏡裝置面鏡裝置2、菲涅耳雙棱鏡、菲涅耳雙棱鏡屏幕上屏幕上O O點在兩個虛光源連線的垂直平分線上。點在兩個虛光源連線的垂直平分線上。（2.3-2）菲涅耳雙棱鏡菲涅耳雙棱鏡裝置裝置0從狹縫從狹縫S S1 1射出的光，一部分直接射到屏幕射出

2、的光，一部分直接射到屏幕M M上，另一部分以上，另一部分以很大的入射角入射玻璃片反射后到達屏幕，反射光看成是由很大的入射角入射玻璃片反射后到達屏幕，反射光看成是由虛光源虛光源S S2 2發(fā)出的，發(fā)出的，S S1 1、S S2 2構(gòu)成一對相關(guān)光源。構(gòu)成一對相關(guān)光源。3、洛埃（洛埃（Lloyd）鏡）鏡洛埃鏡裝置洛埃鏡裝置21xS PS PdD2D =當屏幕當屏幕P P移至移至M M處處，從，從S S1 1、S S2 2到到P P點的光程差為零，但是觀點的光程差為零，但是觀察到暗條紋，驗證了反射時有半波損失存在。察到暗條紋，驗證了反射時有半波損失存在。（2.3-3）半波損失半波損失 當光從折射率當光

3、從折射率大大的光密介質(zhì)，入射于折射率的光密介質(zhì)，入射于折射率小小的光疏的光疏介質(zhì)時，反射光沒有半波損失。介質(zhì)時，反射光沒有半波損失。(2) (2) 當光從折射率當光從折射率小小的光疏介質(zhì)，的光疏介質(zhì)，正入射或掠入射正入射或掠入射于折射于折射率率大大的光密介質(zhì)時，則反射光有半波損失。的光密介質(zhì)時，則反射光有半波損失。2.42.4 干涉條紋的干涉條紋的對比對比度度mMII分別所考察位置附近光強極大值和極小值。分別所考察位置附近光強極大值和極小值。 0K1,稱為部分相干對比度的取值范圍：0 10,1mIK 當條紋最清晰，稱為完全相干,0MmIIK稱為非相干定義：定義：MmMmIIKII(2.4-1)

4、影響干涉條紋可見度的主要因素是光源的大小、光源的影響干涉條紋可見度的主要因素是光源的大小、光源的非單色性和兩相干光束的振幅比。非單色性和兩相干光束的振幅比。實際光源實際光源不是理想的點光源，它不是理想的點光源，它總總包含著眾包含著眾多不相干的點源。多不相干的點源。每個點光源，在干涉裝置中都形成一對相干點光源。各對相每個點光源，在干涉裝置中都形成一對相干點光源。各對相干點光源在干涉場產(chǎn)生各自的一組條紋。各點光源有不同位干點光源在干涉場產(chǎn)生各自的一組條紋。各點光源有不同位置，各組條紋相互間產(chǎn)生一定的位移。暗條紋的強度不再為置，各組條紋相互間產(chǎn)生一定的位移。暗條紋的強度不再為零，條紋零，條紋對比對比

5、度降低。度降低。當光源大到一定程度時，當光源大到一定程度時，對比對比度甚至可以下降到零，度甚至可以下降到零，完全完全看看不不見見干涉條紋。干涉條紋。2.4.1 光源大小的影響光源大小的影響 多組條紋的強度相加多組條紋的強度相加1.1.光源的臨界寬度光源的臨界寬度條紋條紋對比對比度度降降為零時的光源寬度為光源的為零時的光源寬度為光源的臨界寬度臨界寬度下面以楊氏實驗為例，導出普遍結(jié)果下面以楊氏實驗為例，導出普遍結(jié)果設以S為中心的擴展光源SS，擴展光源每個發(fā)光點在點在屏幕上屏幕上產(chǎn)生各自的一組條紋產(chǎn)生各自的一組條紋，整個屏幕的分布就是各組條紋相加。，整個屏幕的分布就是各組條紋相加。如果邊緣點S和S到

6、S1和S2的光程差分別為 ，則S和S與S產(chǎn)生的條紋相互錯開半個條紋距離， S和S的條紋錯開一個條紋距離，這時，屏幕上光強處處相等，光源寬度即S和S的距離為臨界寬度。2設光源的臨界寬度為設光源的臨界寬度為cb212cb dS SS Sl由幾何關(guān)系22cb dl則其中其中l(wèi)d相干孔徑角：相干孔徑角：因此clbd（2.4-3）或cb（2.4-3）在實際工作中，為了能較清晰的觀察到干涉條紋，通常在實際工作中，為了能較清晰的觀察到干涉條紋，通常取該值的取該值的1/41/4作為光源的允許寬度作為光源的允許寬度b bp p，此時條紋可見度為，此時條紋可見度為K=0.9K=0.9。44 cpbb上式被用于干涉

7、儀中計算光源寬度的容許值上式被用于干涉儀中計算光源寬度的容許值（2.4-5）2. 空間相干性空間相干性cb光源大小與相干空間（干涉孔徑角）成反光源大小與相干空間（干涉孔徑角）成反比關(guān)系比關(guān)系若通過若通過 兩小孔的光在兩小孔的光在 點附近能夠發(fā)生干涉，則稱通過空間這兩點點附近能夠發(fā)生干涉，則稱通過空間這兩點的光具有的光具有空間相干性空間相干性。12SS和0P 橫向相干寬度：若通過S 和S 的光剛好不發(fā)生干涉，此時S 和S 之間的距離就是橫向相干寬度 。 是擴展光源對S 和S 連線中點的張角tldb如果光源是圓形，則橫向相干寬度如果光源是圓形，則橫向相干寬度1.22td如果擴展光源是方形的,則它照

8、明的S 和S 所在平面上的相干面積為22tAd相應的相干面積相應的相干面積20.61A （2.4-9）（2.4-8）（2.4-7）（2.4-10）td 準單色光：在某個中心準單色光：在某個中心波長（頻率）附近有一定波長（頻率）附近有一定波長（頻率）范圍的光。波長（頻率）范圍的光。2.4.2 光源非單色性影響光源非單色性影響 實際使用的單色光源都有實際使用的單色光源都有一定的光譜寬度一定的光譜寬度 范圍內(nèi)的每條譜線都各自形成一組干涉條紋，且除零級范圍內(nèi)的每條譜線都各自形成一組干涉條紋，且除零級以外，相互有偏移，各組條紋重疊的結(jié)果使條紋可見度下降以外，相互有偏移，各組條紋重疊的結(jié)果使條紋可見度下降

9、。1.相干長度相干長度對于譜線寬度為對于譜線寬度為的單色光，干涉條紋消失的位置滿足的單色光，干涉條紋消失的位置滿足與該干涉級與該干涉級m m 對應的光程差對應的光程差 ，就是實現(xiàn)最大光程差，就是實現(xiàn)最大光程差m(1)()xmmm aD2xm aD光的單色性（即光的單色性（即的寬度）決定了能產(chǎn)生清晰干涉條紋的最的寬度）決定了能產(chǎn)生清晰干涉條紋的最大光程差大光程差相干長度相干長度波列長度就是相干長度波列長度就是相干長度xm aD（2.4-11）2.2. 時間相干性時間相干性兩兩光波光波只只在在小于相干長度的小于相干長度的光程差下能光程差下能夠夠發(fā)生干涉的事實發(fā)生干涉的事實表現(xiàn)了光波的時間相干性。表

10、現(xiàn)了光波的時間相干性。把光通過相干長度所需的時間稱為把光通過相干長度所需的時間稱為相干時間相干時間。由由同一光源在相干時間內(nèi)不同時刻發(fā)出的光，經(jīng)過不同的同一光源在相干時間內(nèi)不同時刻發(fā)出的光，經(jīng)過不同的路徑相遇時能夠產(chǎn)生干涉，稱這種相干性為路徑相遇時能夠產(chǎn)生干涉，稱這種相干性為時間相干性。時間相干性。2maxLc t Dc 1t 光波的頻率帶寬越小，相干時間越大，光的時間相干性越好。光波的頻率帶寬越小，相干時間越大，光的時間相干性越好。（2.4-13）（2.4-12）221212121)(1)(22AAAAIIIIK112121KAAKAA兩光波振幅相差越大，兩光波振幅相差越大，K K越小。設計干越小