产生干涉的条件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 光的干涉,(,Interference),光的,干涉、衍射和偏振特性,是光的波动性的主要特征，它们是许多光学仪器和测量技术的基础。本章研究光的干涉特性。,3.1.1,产生干涉的基本条件,(,The basic conditions for interference,),白光下的肥皂膜,白光下的油膜,光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时，在重叠区内形成稳定的,强弱强度分布,的现象。,肥皂泡和油膜的干涉现象,白光入射的杨氏双缝干涉照片,红光入射的杨氏双缝干涉照片,杨氏双缝干涉,实验室中的干涉和自然界的干涉,例如，下图所示的两列单色线偏振光,1,.,两束光的干涉现象,光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时，在重叠区,内形成稳定的强弱强度分布的现象。,显然，如果干涉项,I,12,远小于两光束光强中较小的一个，就不易观察到干涉现象；,1,.,两束光的干涉现象,如果两束光的,相位差随时间变化,，使光强度条纹图样产生移动。,在能观察到稳定的光强分布的情况下，满足,满足,的空间位置为光强极大值，且光强极大值,I,M,为,1,.,两束光的干涉现象,当两束光强相等，相应的极大值和极小值分别为,1,.,两束光的干涉现象,的空间位置为光强极小值，且光强极小值,I,m,为,光强极大值的条件是,光强极大值是,光强极小值的条件是,光强极小值是,1,.,两束光的干涉现象,2.产生干,涉的条件,1,）干涉条纹可见度（对比度）,首先引入一个表征干涉效应程度的参量,干涉条纹可见度,，由此深入分析产生干涉的条件。,偏振度,:,部分偏振光的总强度中完全偏振光所占的比例,2.产生干,涉的条件,1,）干涉条纹可见度（对比度）,当干涉光强的极小值,I,m,=0,时,，,V,=l,，,二光束,完全 相干，条纹最清晰；,当,I,M,=,I,m,时,，,V,=0,，,二光束完全不相干，无,干涉条纹；,当,I,M,I,m,0,时,，,0,V,1,，,二光束部分相,干，条纹清晰度介于上面两种情况之间,。,2,）产生干涉的条件,影响光强条纹稳定分布的主要因意是，,二光束频率以及二光束振动方向夹角和二光束的相位差,。,2,）产生干涉的条件,(1),对干涉光束的频率要求,当二光束频率相等，,=,0,时，干涉光强不随时间变化，可以得到,稳定的干涉条纹分布,。,当二光束的频率不相等,，,0,时,，,干涉条纹将随着时间产生移动,，且,愈大，条纹移动速度愈快。,要求二干涉光束的,频率尽量相等,。,当,大到一定程度时，肉眼或探测仪器就将观察不到稳定的条纹分布。,为了产生干涉现象，要求二干涉光束的,频率尽量相等,。,（,2,）对二干涉光束振动方向的要求,由,（,6,）,、,（,7,）,式可见,，,若二光束光强相等，则,（,2,）对二干涉光束振动方向的要求,若,=0,，,二光束的振动方向相同时,，,V,=l,，,干涉,条纹最清晰；,若,=,/2,，,二光束正交振动时,，,V,=0,，,不发生干,涉,；,当,0,/,2,时,，,0,V,1,，,干涉条纹清晰度介于,上面两种情况之间。,当为了产生明显的干涉现象,二光束的,振动方向相同,。,。,(,3,),对二干涉光束相位差的要求,为了获得稳定的干涉图形，二干涉光束的相位差必须固定不变，即要求二等频单色光波的,初相位差恒定,。,可见，要获得稳定的干涉条纹，则：,（,1,）,两束光波的频率应当相同；,（,2,）,两束光波在相遇处的振动方向应当相同；,（,3,）,两束光波在相遇处应有固定不变的相位差。,这三个条件就是两束光波发生干涉的必要条件，通,常称为,相干条件,。,2,）产生干涉的条件,3.,实现光束干涉的基本方法,通常称满足相干条件的光波为相干光波，相应的光源叫,相干光源。,（,1,）,两束光波的频率应当相同；,（,2,）,两束光波在相遇处的振动方向应当相同；,（,3,）,两束光波在相遇处应有固定不变的相位差。,一个光源包含有许许多多个发光的原子、分子或电子，每个原子、分子都是一个发光中心，我们看到的每一束光都是从大量原子,(,发光中心,),发射和汇集出来的。,但是每个单个原子的发光都不是无休止的，每次发光动作只能持续一定的时间，这个时间很短,(,小于,10,-8,s,),，,因而每次原子发光只能产生有限的一段波列。,1,),原子发光的特点,1,）,原子发光的特点,波列,能级跃迁辐射,E,1,E,2,v,=,(,E,2,-,E,1,)/,h,波列长,L=,c,由光的辐射理论知道，普通光源的发光方式主要,是自发辐射，即各原子都是一个独立的发光中心，,其发光动作杂乱无章，彼此无关,。,1,),原子发光的特点,不同原子产生的,各个波列之间,、同一个原子,先后产生的各个波列之间,，都没有固定的相位关系,这样的光波叠加，当然不会产生干涉现象。,不相干,(,不同原子发的光,),不相干,(,同一原子先后发的光,),1,),原子发光的特点,在一有限的观察时间,内，二光束叠加的强度是时间,内的平均,，即为,如果在,内各时刻到达的波列相位差,无规则地变化，,将在,内多次,(,可能在,10,8,次以上,),经历,0,与,2,之间的一切数值。,1,）,原子发光的特点,因此,即二光束叠加的平均光强，恒等于二光波的光强之和，,不发生干涉,。,上式的积分为,1,）,原子发光的特点,不仅从两个普通光源发出的光不会产生干涉,就是从同一个光源的两个不同部分发出的光也是不相干的。,60,年代出现的一种新型光源,激光器所产生的激光有很好的相干性，,它是一种相干光源,。,产生激光的必要条件,:,.,激励能源（使原子激发）,;,.,粒子数反转（有合适的亚稳态能级）,;,.,光学谐振腔（方向性，光放大，单色性）。,2,）,获得相干光的方法,分波面法：,将一个波列的波面分成两部分或几部分,由这每一部分发出的波再相遇时，必然是相干的，下面讨论的杨氏干涉就属于这种干涉方法。,分振幅法：,通常是利用透明薄板的第一、二表面对入射光的依次反射，将入射光的振幅分解为若干部分，当这些部分的光波相遇时将产生干涉。,分波面法：杨氏干涉,分振幅法：平行平板产生的干涉,