波動(dòng)光學(xué)-干涉課件

第一章光的干涉第二章光的衍射第三章光的偏振波動(dòng)光學(xué)1.光學(xué)的發(fā)展幾何光學(xué)波動(dòng)光學(xué)量子光學(xué)引言線性光學(xué)非線性光學(xué)2.波動(dòng)光學(xué)對(duì)光的描述光是電磁波單色光：頻率恒定的一列無(wú)限長(zhǎng)E矢量的簡(jiǎn)諧光波。與物質(zhì)相互作用（感光、生理作用）的主要是E矢量-光矢量。E矢量的振動(dòng)稱為光振動(dòng)。1.普通光源：自發(fā)輻射互相獨(dú)立互相獨(dú)立同一原子先后發(fā)的光不同原子發(fā)的光互相獨(dú)立：前后發(fā)光間隔，頻率,位相,振動(dòng)方向,傳播方向2.激光光源：受激輻射頻率,位相,振動(dòng)方向,傳播方向完全一樣！=(E2-E1)/hE2E1

二.光的相干性

1.兩列光波的疊加(只討論電振動(dòng))P:12E0E10E20p12r1r2完全相干光源（如激光光源）

▲相長(zhǎng)干涉（明）

(k=0,1,2,3…)▲相消干涉（暗）

(k=0,1,2,3…)決定于P點(diǎn)的位置恒定Io2-24-44I1襯比度差(V<1)襯比度好(V=1)振幅比決定襯比度的因素：光源的寬度光源的單色性IImaxImino2-24-42.條紋襯比度（對(duì)比度，反襯度）3.普通光源獲得相干光的途徑pS

*分波面法分振幅法·p薄膜S*條紋間距(1)一系列平行的明暗相間的條紋；

(3)中間級(jí)次低；明紋:k，k=1,2,3…(整數(shù)級(jí))暗紋:(2k+1)/2(半整數(shù)級(jí))(4)條紋特點(diǎn)：(2)不太大時(shí)條紋等間距；某條紋級(jí)次=該條紋相應(yīng)的(r2-r1)/二.光強(qiáng)公式若I1=I2

=I0

,則光強(qiáng)曲線I02-24-4k012-1-24I0x0x1x2x

-2x-1sin0/d-/d-2/d2/d§3其他分波面干涉實(shí)驗(yàn)(自學(xué))§4空間相干性一.空間相干性的概念光源寬度對(duì)干涉條紋襯比度的影響設(shè)光源寬度為bBDI非相干疊加+1L0N0M0Lb/2d/2LMNS1S2xI合成光強(qiáng)0Nx+1L0M0L-1N=Dλ/d(B>>b0,d)—光源的極限寬度時(shí)，才能觀察到干涉條紋。doDB+1L·r2r1r1r2單色光源b0/2·xL△x/2

三.相干間隔和相干孔徑角1.相干間隔若b和B一定，則要得到干涉條紋，必須—相干間隔d0越大，光場(chǎng)的空間相干性越好。2.相干孔徑角S1S2b0d0B━相干孔徑角0越大空間相干性越好。激光光源可以不受以上限制在θ0范圍內(nèi)的光場(chǎng)中，正對(duì)光源的平面上的任意兩點(diǎn)的光振動(dòng)是相干的。四.應(yīng)用舉例1.測(cè)遙遠(yuǎn)星體的角直徑：bdB星體一.光的非單色性1.理想的單色光、2.準(zhǔn)單色光、譜線寬度準(zhǔn)單色光：在某個(gè)中心波長(zhǎng)（頻率）附近有一定波長(zhǎng)（頻率）范圍的光。譜線寬度：0oII0I0/2譜線寬度(1)自然寬度·Ei+1Ei+1EiEi§5時(shí)間相干性造成譜線寬度的原因(2)多普勒增寬(3)碰撞增寬二.非單色性對(duì)干涉條紋的影響0123456012345Ix-(/2)+(/2)合成光強(qiáng)干涉的最大級(jí)次三.相干長(zhǎng)度與相干時(shí)間1.相干長(zhǎng)度

兩列波能發(fā)生干涉的最大波程差：中心波長(zhǎng)SS1S2c1c2b1b2a1a2·pS1S2Sc1c2b1b2a1a2p·注:等代表波列只有同一波列分成的兩部分經(jīng)不同的光程再相遇時(shí)才能發(fā)生干涉。波列長(zhǎng)度就是相干長(zhǎng)度§6光程一.光程、光程差真空中··dabλ媒質(zhì)中··abndλn媒質(zhì)n─媒質(zhì)中波長(zhǎng)光程:

L=nd─真空中波長(zhǎng)…………n1n2nmd1d2dm光程差：

=L2-L1[例]·S1S2r1r2dnpP:

二.使用透鏡不會(huì)產(chǎn)生附加光程差Sacb··S物點(diǎn)到象點(diǎn)各光線之間的光程差為零相位差和光程差的關(guān)系：光程L

=

(nidi

)§7薄膜干涉

(一)——等厚條紋一.劈尖（劈形膜）夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜ennn·A反射光2反射光1單色平行光(設(shè)n>

n

)·S121、2兩束反射光來(lái)自同一束入射光，它們可以產(chǎn)生干涉。Leekek+1明紋暗紋條紋間距又

二.牛頓環(huán)

.S分束鏡M顯微鏡oerR·平晶平凸透鏡暗環(huán)o

牛頓環(huán)裝置簡(jiǎn)圖平凸透鏡平晶光程差：(1)(k=0,1,2,…)(2)第k個(gè)暗環(huán)半徑暗環(huán)：三.等厚條紋的應(yīng)用1.劈尖的應(yīng)用測(cè)波長(zhǎng)：已知θ、n，測(cè)L可得λ測(cè)折射率：已知θ、λ，測(cè)L可得n測(cè)細(xì)小直徑、厚度、微小變化Δh待測(cè)塊規(guī)λ標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)平晶測(cè)表面不平度等厚條紋待測(cè)工件平晶2.牛頓環(huán)的應(yīng)用測(cè)透鏡球面的半徑R：已知,測(cè)

m、rk+m、rk，可得R。測(cè)波長(zhǎng)λ：

已知R，測(cè)出m

、

rk+m、rk，

可得λ。

檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)待測(cè)透鏡暗紋§8薄膜干涉（二）——等傾條紋一.點(diǎn)光源照明時(shí)的干涉條紋分析L

fPo

r環(huán)B

ennn>nirA

CD··21Siii光束1、2的光程差：得·

··或明紋暗紋傾角i相同的光線對(duì)應(yīng)同一條干涉條紋—等傾條紋。形狀:條紋特點(diǎn):一系列同心圓環(huán)r環(huán)=ftgi條紋間隔分布:內(nèi)疏外密條紋級(jí)次分布:e一定時(shí)，波長(zhǎng)對(duì)條紋的影響:膜厚變化時(shí),條紋的移動(dòng)：二.面光源照明時(shí)，干涉條紋的分析iPifor環(huán)ennn>n面光源···只要入射角i相同，都將匯聚在同一個(gè)干涉環(huán)上（非相干疊加）三.應(yīng)用：增透(射)膜和增反射膜（自學(xué)書(shū)P130例2）§9邁克耳遜干涉儀一.儀器結(jié)構(gòu)、光路二.工作原理