光的干涉和干涉系統(tǒng)

光的干涉和干涉系統(tǒng)第一頁(yè)，共二十頁(yè)，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(dú)立(不同原子發(fā)的光)··獨(dú)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(diǎn)：同一原子發(fā)光具有瞬時(shí)性和間歇性、偶然性和隨機(jī)性，而不同原子發(fā)光具有獨(dú)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(yè)，共二十頁(yè)，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(dòng)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(yè)，共二十頁(yè)，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(jì)量長(zhǎng)度檢驗(yàn)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(jì)制造的各種干涉儀器第四頁(yè)，共二十頁(yè)，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(diǎn)或極小區(qū)域發(fā)出的一束光分成兩束，讓它們經(jīng)過(guò)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(gè)反射面產(chǎn)生兩束反射光第五頁(yè)，共二十頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.分波陣面法

在同一波面上兩固定點(diǎn)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(shí)驗(yàn)。pS

*分波面法第六頁(yè)，共二十頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.分振幅法

一束光線經(jīng)過(guò)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(yè)，共二十頁(yè)，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(yè)，共二十頁(yè)，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(shí)照在墻壁上。無(wú)光強(qiáng)度明暗變化的干涉現(xiàn)象

兩個(gè)頻率相同的鈉光燈不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，即使是同一個(gè)單色光源的兩部分發(fā)出的光，也不能產(chǎn)生干涉。無(wú)干涉現(xiàn)象第九頁(yè)，共二十頁(yè)，編輯于2023年，星期五兩個(gè)完全獨(dú)立的沒(méi)有關(guān)聯(lián)的光波無(wú)論如何不會(huì)產(chǎn)生干涉，而只有當(dāng)兩個(gè)光波有緊密關(guān)聯(lián)或當(dāng)兩個(gè)光波是由同一光波分離出來(lái)時(shí)，才會(huì)發(fā)生干涉。（從光源本身的發(fā)光特性來(lái)解釋）光源中單個(gè)原子發(fā)光是間歇的，持續(xù)時(shí)間約10-9秒。前后光波是完全獨(dú)立的，初相位沒(méi)有固定關(guān)系。不同原子發(fā)出的波列也如此。兩個(gè)發(fā)光原子同時(shí)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(shí)刻對(duì)應(yīng)于另一位相差的干涉圖樣，只能記錄到強(qiáng)度I的某一時(shí)間平均值。第十頁(yè)，共二十頁(yè)，編輯于2023年，星期五

考察兩光波疊加區(qū)域內(nèi)的某一點(diǎn)P的強(qiáng)度

1.非相干疊加對(duì)普通光源來(lái)說(shuō)，由于原子發(fā)光是間歇的、隨機(jī)的、獨(dú)立的，在觀察時(shí)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(jī)會(huì)均等。第十一頁(yè)，共二十頁(yè)，編輯于2023年，星期五于是非相干疊加時(shí)的光強(qiáng)為I=I1+I2可見(jiàn)，在非相干疊加時(shí)，總光強(qiáng)等于兩光源單獨(dú)發(fā)出的光波在該處產(chǎn)生的光強(qiáng)之和，且光強(qiáng)是均勻分布的。

2.相干疊加如果在觀察時(shí)間內(nèi)，相位差保持恒定,則合成光強(qiáng)在空間形成強(qiáng)弱相間的穩(wěn)定分布。這是相干疊加的重要特征。第十二頁(yè)，共二十頁(yè)，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(shí)間迅速變化的位相差的變化（2）振動(dòng)方向相同干涉項(xiàng)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(diǎn)強(qiáng)度穩(wěn)定分布第十三頁(yè)，共二十頁(yè)，編輯于2023年，星期五振動(dòng)方向相同振動(dòng)頻率相同相位差保持恒定光程差不太大光強(qiáng)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(gè)波列不能相遇第十四頁(yè)，共二十頁(yè)，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(zhǎng)為，光速為C，進(jìn)入折射率為n的媒質(zhì)中后，波長(zhǎng)n

,

光速為v,由折射定律可知：第十五頁(yè)，共二十頁(yè)，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(gè)波長(zhǎng)，相當(dāng)于真空中傳播的波長(zhǎng)個(gè)數(shù)為：

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

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

第十七頁(yè)，共二十頁(yè)，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(yè)，共二十頁(yè)，編輯于2023年，星期五

3.兩束光干涉的強(qiáng)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(gè)波長(zhǎng)，相位差變化則相位差為：光程差為，相位差為；第十九頁(yè)，共二十頁(yè)，編輯于2023年，星期五不同光線通過(guò)透鏡要改變傳播方向，會(huì)不會(huì)引起附加光程差？A、B、C的位相相同，在F點(diǎn)會(huì)聚，互相加強(qiáng)A、B、C各點(diǎn)到F點(diǎn)的光