光的干涉概述

1、光的干涉概述光的干涉概述第十五章第十五章 光的干涉光的干涉15-1 光源光源 光的相干性光的相干性 一一 光源光源二二 光波的描述光波的描述普通光源：普通光源：2 發(fā)光的隨機(jī)性發(fā)光的隨機(jī)性1 發(fā)光的間隙性發(fā)光的間隙性秒810t激光光源：激光光源： 單色性好。單色性好。 ；表示光源單色性好壞表示光源單色性好壞ctl光波列長度光波列長度電場電場強度強度E的振動稱為光振動。的振動稱為光振動。SprurrolZLCAI)2cos(rtAEo11rorou222121HEw2Ew平均能流密度或稱為光強平均能流密度或稱為光強uT電磁場的能量密度電磁場的能量密度平面電磁波平面電磁波的能量密度的能量密度能流密

2、度矢量的大小能流密度矢量的大小)2(cos222rtAuEuuwSo2200212111AAuSdtTSdtIT22HE三三 光的相干性光的相干性結(jié)論：結(jié)論：比較空間兩處的光強，除去介質(zhì)本身因素外，比較空間兩處的光強，除去介質(zhì)本身因素外， 就是考慮兩處光振動矢量的振幅大小。就是考慮兩處光振動矢量的振幅大小。1 光的獨立傳播原理光的獨立傳播原理 光波疊加原理光波疊加原理1E2Ecos2Esin2E)2cos(),(220222rtAtpE)2cos(),(110111rtAtpE1S2Sp1E2E1r2rcoscos2cos|cos|2122221221AAAAEE式中式中 為在為在P處，處，t

3、 時刻兩列波的相位差時刻兩列波的相位差對于空間各點，垂直于對于空間各點，垂直于 方向的振動其方向的振動其光強是相同的；而另一方向的振動合成：光強是相同的；而另一方向的振動合成：1E)(2)()(1122102012rrtcoscos2cos21222212AAAAA在在 p處的光強取決于：處的光強取決于：TIIIII)(coscos22121干涉項干涉項:T)(cos與兩波源的頻率、初相位以及空間與兩波源的頻率、初相位以及空間p的位置有關(guān)。它決定著的位置有關(guān)。它決定著p點的光強點的光強2 相干條件相干條件:干涉項不為零的疊加，稱之為相干疊加干涉項不為零的疊加，稱之為相干疊加所以相干條件即為相干

4、項不為零的條件所以相干條件即為相干項不為零的條件兩列波有相互平行的電振動分量，即兩列波有相互平行的電振動分量，即 。0cos當(dāng)兩列波的振幅相等時，干涉現(xiàn)象最明顯。當(dāng)兩列波的振幅相等時，干涉現(xiàn)象最明顯。四四 獲得相干光的方法獲得相干光的方法1 分波前的方法分波前的方法 楊氏干涉楊氏干涉2 分振幅的方法分振幅的方法 等傾干涉、等厚干涉等傾干涉、等厚干涉3 分振動面的方法分振動面的方法 偏振光干涉偏振光干涉2 相干條件：相干條件： 兩列波的頻率相等。兩列波的頻率相等。21 兩列波的初相位相等。兩列波的初相位相等。2010 相干條件即為相干項不為零的條件相干條件即為相干項不為零的條件光在介質(zhì)中傳播的距

5、離光在介質(zhì)中傳播的距離折算成真空中的長度。折算成真空中的長度。tcrucnr光程nncuuT0rrucn一一 光程光程15-2 光程光程 光程差光程差ppnr在介質(zhì)中傳播的波長，折在介質(zhì)中傳播的波長，折算成真空中波長的關(guān)系。算成真空中波長的關(guān)系。三三 成象的等光程性成象的等光程性二二 光程差光程差 兩光程之差兩光程之差 叫做光程差。叫做光程差。)(1122rnrn)(21122rr0112202)(2rnrn相位差相位差：當(dāng)用透鏡觀測干涉時，當(dāng)用透鏡觀測干涉時，不會帶來附加的光程差。不會帶來附加的光程差。SASC FSBSABnEFDEnCD結(jié)論結(jié)論：SCD EFABS四四 半波損失半波損失S

6、S2L1L1A2A3A當(dāng)用透鏡或透鏡組成的光學(xué)當(dāng)用透鏡或透鏡組成的光學(xué)儀器觀測干涉時，觀測儀器儀器觀測干涉時，觀測儀器不會帶來附加的光程差。不會帶來附加的光程差。結(jié)論結(jié)論：1 當(dāng)光從折射率大的光密介質(zhì)，當(dāng)光從折射率大的光密介質(zhì)，正入射于折射率小的光疏介質(zhì)正入射于折射率小的光疏介質(zhì)時，反射光沒有半波損失。時，反射光沒有半波損失。2 當(dāng)光從折射率小的光疏介質(zhì)，當(dāng)光從折射率小的光疏介質(zhì)，正入射或掠入射于折射率大的光正入射或掠入射于折射率大的光密介質(zhì)時，則反射光有半波損失。密介質(zhì)時，則反射光有半波損失。1n2n21nn 1n2n21nn 有有半波損失半波損失沒有沒有半波損失半波損失15-3 分波前雙光

7、束干涉分波前雙光束干涉一一 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉1 實驗裝置實驗裝置S1S2S2 實驗結(jié)果及討論實驗結(jié)果及討論S1S2SLxd1r2rpoTIIIII)(coscos221212cos4)cos1 (2211III因為：因為：所以：所以：212010021II dL S1S2SLxd1r2rpo)(21122rnrn此處波長均指真空中的波長。此處波長均指真空中的波長。2cos4)cos1 (2211III當(dāng)當(dāng) 時：時：112nn)(212rr 由幾何關(guān)系得：由幾何關(guān)系得：2221)2(dxLr2222)2(dxLrxdrrrrrr2)(12122122當(dāng)當(dāng) 時：時：dL Lrr221Lxd

8、rr12kLxd22相干相長相干相長)12(2kLxd相干相消相干相消即明條紋中心位置：即明條紋中心位置：,2, 1, 02) 12(kdLkdLkx當(dāng)當(dāng) 時：時：12nn )(212rr 即暗條紋中心位置：即暗條紋中心位置：, 2, 1, 0kdLxk1)(相鄰明條紋（或暗條紋）的間距為：相鄰明條紋（或暗條紋）的間距為：當(dāng)當(dāng) k=1 時相鄰明（或暗）條紋間的距離稱為條紋間距。時相鄰明（或暗）條紋間的距離稱為條紋間距。楊氏干涉條紋是等間距的。楊氏干涉條紋是等間距的。若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。1k2k3kdLkkdLkdLkx/)(/)(/) 1(在屏幕

9、上在屏幕上x處發(fā)生重極時，滿足：處發(fā)生重極時，滿足：2k1k3kdLkkdLkdLkx/)(/)(/) 1(1kk當(dāng)當(dāng) 即即 發(fā)生重級發(fā)生重級 。干涉級次越高重疊越容易發(fā)生。干涉級次越高重疊越容易發(fā)生。楊氏干涉可用于測量波長。楊氏干涉可用于測量波長。)/(kLxd方法一：方法一：Ldxk/)(1方法二：方法二：楊氏干涉是不定域干涉。楊氏干涉是不定域干涉。二二 分波前干涉的其它一些實驗分波前干涉的其它一些實驗1 菲涅耳雙面鏡實驗：菲涅耳雙面鏡實驗：實驗裝置：Ld 1S2S虛光源 、21SSWW平行于dLkxdLkx212 明條紋中心的位置明條紋中心的位置2, 1, 0k屏幕上屏幕上O點在兩個虛光

10、源連線的垂直平分線上，屏幕點在兩個虛光源連線的垂直平分線上，屏幕上明暗條紋中心對上明暗條紋中心對O點的偏離點的偏離 x為：為：暗條紋中心的位置暗條紋中心的位置結(jié)論：它也是分波前雙光束干涉，是不定域干涉。結(jié)論：它也是分波前雙光束干涉，是不定域干涉。S1S2S2M1MWWLdox光欄2 洛埃鏡實驗洛埃鏡實驗S SMLdpQ pQBA光欄W當(dāng)屏幕當(dāng)屏幕W移至移至B處，處，從從 S 和和 S 到到B點的點的光程差為零，但是光程差為零，但是觀察到暗條紋，觀察到暗條紋，驗驗證了反射時有半波證了反射時有半波損失存在。損失存在。3 菲涅耳雙棱鏡實驗菲涅耳雙棱鏡實驗M0DD光欄WSd1S2S) 1(2nDd用幾何光學(xué)可以證明：結(jié)論：它們也是分波前雙光束干涉。是不定域干涉。結(jié)論：它們也是分波前雙光束干涉。是不定域干涉。第十五章第十五章 光的干涉光的干涉目錄目錄15-1 光源光源 光的相干性光的相干性 15-2 光程光程 光程差光程差15