光的干涉和干涉系統(tǒng)

光的干涉和干涉系統(tǒng)第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五一.光源光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子1.普通光源：自發(fā)輻射獨立(不同原子發(fā)的光)··獨立(同一原子先后發(fā)的光)普通光源是一種非相干光源特點：同一原子發(fā)光具有瞬時性和間歇性、偶然性和隨機性，而不同原子發(fā)光具有獨立性。結(jié)論：普通光源發(fā)出的光波不滿足相干條件，不是相干光，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。第二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五2.激光光源：受激輻射各發(fā)光原子的動作、步調(diào)是有秩序、有規(guī)則、彼此協(xié)調(diào)的。同一原子先后發(fā)射的各波列之間，以及空間上不同原子發(fā)射的各波列之間都具有確定的相位關(guān)系。激光有很好的相干性。第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五二、干涉的應(yīng)用研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)精密計量長度檢驗光學(xué)零件各種偏差光學(xué)元件表面鍍膜制造干涉濾波片適應(yīng)各種量度需要設(shè)計制造的各種干涉儀器第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五三、相干光的獲得原理：將同一光源上同一點或極小區(qū)域發(fā)出的一束光分成兩束，讓它們經(jīng)過不同的傳播路徑后，再使它們相遇，它們是相干光。方法：分波陣面法：把光波的波陣面分為兩部分分振幅法：利用兩個反射面產(chǎn)生兩束反射光第五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五1.分波陣面法

在同一波面上兩固定點光源，發(fā)出的光產(chǎn)生干涉的方法為分波陣面法。如楊氏雙縫干涉實驗。pS

*分波面法第六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五2.分振幅法

一束光線經(jīng)過介質(zhì)薄膜的反射與折射，形成的兩束光線產(chǎn)生干涉的方法為分振幅法。如薄膜干涉、等厚干涉等。分振幅法·p薄膜S*第七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五

相干光的獲得分波陣面法分振幅法薄膜干涉楊氏雙縫干涉雙棱（面）鏡干涉洛埃鏡干涉等傾干涉等厚干涉邁克爾遜干涉儀牛頓環(huán)劈尖干涉增透膜增反膜第八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)光波干涉的條件一、光波干涉的條件兩支蠟燭、兩盞燈放在一起，同時照在墻壁上。無光強度明暗變化的干涉現(xiàn)象

兩個頻率相同的鈉光燈不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，即使是同一個單色光源的兩部分發(fā)出的光，也不能產(chǎn)生干涉。無干涉現(xiàn)象第九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五兩個完全獨立的沒有關(guān)聯(lián)的光波無論如何不會產(chǎn)生干涉，而只有當(dāng)兩個光波有緊密關(guān)聯(lián)或當(dāng)兩個光波是由同一光波分離出來時，才會發(fā)生干涉。（從光源本身的發(fā)光特性來解釋）光源中單個原子發(fā)光是間歇的，持續(xù)時間約10-9秒。前后光波是完全獨立的，初相位沒有固定關(guān)系。不同原子發(fā)出的波列也如此。兩個發(fā)光原子同時發(fā)出的波列形成的干涉圖樣只能在10-9秒內(nèi)存在，另一時刻對應(yīng)于另一位相差的干涉圖樣，只能記錄到強度I的某一時間平均值。第十頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五

考察兩光波疊加區(qū)域內(nèi)的某一點P的強度

1.非相干疊加對普通光源來說，由于原子發(fā)光是間歇的、隨機的、獨立的，在觀察時間內(nèi)，相位差不能保持恒定,變化次數(shù)極多,可取0～2π間的一切可能值,且機會均等。第十一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五于是非相干疊加時的光強為I=I1+I2可見，在非相干疊加時，總光強等于兩光源單獨發(fā)出的光波在該處產(chǎn)生的光強之和，且光強是均勻分布的。

2.相干疊加如果在觀察時間內(nèi)，相位差保持恒定,則合成光強在空間形成強弱相間的穩(wěn)定分布。這是相干疊加的重要特征。第十二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五（1）頻率相同否則兩光波頻率差引起隨時間迅速變化的位相差的變化（2）振動方向相同干涉項I12與A1、A2的標(biāo)量積有關(guān)。（3）位相差恒定位相差保持恒值，該點強度穩(wěn)定分布第十三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五振動方向相同振動頻率相同相位差保持恒定光程差不太大光強差不太大產(chǎn)生相干光的條件光程差不能太大，否則由同一波列分成的兩個波列不能相遇第十四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五二、光程和光程差1.光程L光的頻率由光源確定。光速由媒質(zhì)確定。在真空中光的波長為，光速為C，進入折射率為n的媒質(zhì)中后，波長n

,

光速為v,由折射定律可知：第十五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五相當(dāng)于真空中走的波程為：定義光程：

光程為光在媒質(zhì)中傳播的波程與媒質(zhì)折射率的乘積。在媒質(zhì)中光走的波程為r，則傳播了個波長，相當(dāng)于真空中傳播的波長個數(shù)為：

光程的物理意義：光程等于在相同的時間內(nèi)光在真空中通過的路程。第十六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五

如果光線穿過多種媒質(zhì)時，其光程為：r1n1r2n2rinirnnn引入光程概念后，就能將光在媒質(zhì)中通過的幾何路程折算為真空中的路程來研究。這就避免了波長隨媒質(zhì)變化而帶來的困難。

第十七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五2.光程差光程差為兩束光的光程之差。Δ=s2s1r2r1pn1n2n1r1-n2r2Δ=s2S1p=r1s1pe1e2n1n2S2p=r2(r1-e1+n1e1)-(r2-e2+n2e2)第十八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五

3.兩束光干涉的強弱取決于光程差，而不是幾何路程之差光程差與相位差的關(guān)系為：光程差與相位差的關(guān)系光程差每變化一個波長，相位差變化則相位差為：光程差為，相位差為；第十九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五不同光線通過透鏡要改變傳播方向，會不會引起附加光程差？A、B、C的位相相同，在F點會聚，互相加強A、B、C各點到F點的光