光学(第三章--分波前干涉和空间相干性).ppt

光光 学学 2008年10月参考教材 赵凯华 编著：新概念物理学光学光光 学学 第三章 干 涉 l 空间相干性和时间相干性 分波前干涉法 分振幅干涉法 将点光源的波前分割为两个部分，使之分别通过两个光组，经折射、反射或衍射后再交迭起来当满足一定条件时，在一定区域发生干涉 当一束光入射到两种介质分界面上时，光振幅将被分解为反射分量和折射分量，使之分别通过两个光组，经折射、反射或衍射后再交迭起来当满足一定条件时，在一定区域发生干涉 由于光源各个点的发光是随机的，同时每一个点发的光波的波列的长度是有限的，这样都会影响光的干涉光场的空间相干性与扩展光源各个点的发光性质有关，时间性与某个光点发光性质有关第四节 分波前干涉与光的空间相干性光光 学学 第三章 干 涉1分波前干涉的光强分布和条纹的特征光强分布：两个点光源干涉傍轴近似时位相差： 式中 d 为参与干涉的两个点光源间的距离，D是参与干涉的两个点光源与观察屏之间的距离，x是观察屏P点的坐标条纹间隔：问题：对于各种分波前干涉装置，d 和 D各是什么？第四节 分波前干涉与光的空间相干性光光 学学 第三章 干 涉 2各种分波前干涉装置v 杨氏双孔干涉参数：双孔间隔 d，双孔与观察屏的距离 D 点光源与双孔距离 R第四节 分波前干涉与光的空间相干性位相差光程差光光 学学 第三章 干 涉v 菲涅耳双棱镜干涉2各种分波前干涉装置参数：棱角 点光源与棱镜的距离 B棱镜与观察屏距离 C棱镜的偏向角：双象之间的距离 d=？第四节 分波前干涉与光的空间相干性光光 学学 第三章 干 涉 v 菲涅耳双面镜干涉第四章 干涉的应用 参数：点光源与双镜交线的距离 r 双像与观察屏的距离 D2各种分波前干涉装置一、分波前干涉原理双面镜的夹角 双象之间的距离 d=？光光 学学 第三章 干 涉v 劳埃镜干涉2各种分波前干涉装置参数：点光源与反射镜的垂直距离 a点光源与观察屏距离 Dd点源与象之间的距离 d=？注意：半波损失问题！第四节 分波前干涉与光的空间相干性光光 学学 第三章 干 涉3光场的空间相干性1）光源的移动对干涉条纹的影响设光源移动 s，R1 和R2 不再相等，光程差修订第四节 分波前干涉与光的空间相干性R2R1r2r1与s有什么关系？假设 sR1 和R2 ， dR1 和R2 R光光 学学 第三章 干 涉3光场的空间相干性1）光源的移动对干涉条纹的影响设光源移动 s，R1 和R2 不再相等，光程差修订可以证明：第四节 分波前干涉与光的空间相干性R2R1r2r1R光光 学学 第三章 干 涉3光场的空间相干性1）光源的移动对干涉条纹的影响 此时，在观察屏幕上干涉条纹有什么变化？零级发生在观察屏上什么的地方？第四节 分波前干涉与光的空间相干性R2R1r2r1光光 学学 第三章 干 涉3光场的空间相干性1）光源的移动对干涉条纹的影响在观察屏幕上零级发生在： 的地方，即：设此时零级在观察屏上位置为 x，则有第四节 分波前干涉与光的空间相干性R2R1r2r1R光光 学学 第三章 干 涉3光场的空间相干性1）光源的移动对干涉条纹的影响第四节 分波前干涉与光的空间相干性所以R2R1r2r1R光光 学学 第三章 干 涉3光场的空间相干性1）光源的移动对干涉条纹的影响第四节 分波前干涉与光的空间相干性光光 学学 第三章 干 涉3光场的空间相干性1）光源的移动对干涉条纹的影响若上述各个点光源同时存在，将会发生什么现象？当点光源扩展到多大的时候，干涉条纹消失？如果 x 等于干涉条纹的间距， s 为多少？第四节 分波前干涉与光的空间相干性光光 学学 第三章 干 涉3光场的空间相干性2）光场的空间相干性 形成对比度不为零的干涉条件：空间相干线度范围空间相干角度范围第四节 分波前干涉与光的空间相干性如果光源的线度b已经确定，那么，双孔的间距为多少时才能产生干涉现象？光光 学学 第三章 干 涉假设两个点光源干涉时，A1=A2=A，干涉条纹分布可以写成位相差或干涉条纹对比度3光场的空间相干性3）干涉条纹的对比度与光场的空间相干性的关系第四节 分波前干涉与光的空间相干性光光 学学 第三章 干 涉 对于单色光源，设其在双孔方向的长度为b，观察屏上某点的干涉强度正比于所有点光源产生的干涉迭加：3光场的空间相干性3）干涉条纹的对比度与光场的空间相干性的关系第四节 分波前干涉与光的空间相干性光光 学学 第三章 干 涉干涉条纹的对比度：当对比度下降为零时，b d / R =1，此时：这就是产生干涉对面光源大小的要求3光场的空间相干性3）干涉条纹的对比度与光场的空间相干性的关系第四节 分波前干涉与光的空间相干性光光 学学 第三章 干 涉薄膜干涉的装置与特点 一束光入射到透明媒质薄膜上，薄膜的上下两个表面对光的振幅分解，两个表面的反射光在空间相遇时将发生干涉；两个表面的透射光相遇时也同样会发生干涉。

薄膜干涉可分为两种类型：等厚干涉：干涉条纹的变化是由于薄膜的厚度引起的，即薄膜厚度相同，干涉条纹相同 等倾干涉：干涉条纹的变化是由于入射到薄膜上光线倾角决定的，即入射角相同，干涉条纹相同 1薄膜干涉的概况第五节 薄膜干涉光光 学学 第三章 干 涉等厚干涉的实现由于薄膜的厚度是不均匀，上下两个表面反射的光不平行，在相交的区域发生干涉产生干涉条纹干涉条纹的定域从薄膜表面附近一直延伸到无穷远当人眼观察薄膜时，看到的干涉条纹是薄膜表面附近的干涉条纹1薄膜干涉的概况第五节 薄膜干涉P光光 学学 第三章 干 涉1薄膜干涉的概况等倾干涉的实现薄膜的厚度是均匀的，上下两个表面反射的光平行出射，经透镜会聚以后在焦平面上发生干涉产生干涉条纹干涉条纹的定域是无穷远当人眼观察薄膜时，看到的干涉条纹可以看成是薄膜表面附近的干涉条纹，实际上是经过眼睛聚焦的第五节 薄膜干涉P光光 学学 第三章 干 涉2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征光强分布：位相差：这里 P 是观察点A1是薄膜第一表面反射光到达P点的振幅A2是薄膜第二表面反射光再经第一表面折射到达P点的振幅L是两束光的光程差可以看出，P点的光强取决与光程差第五节 薄膜干涉光光 学学 第三章 干 涉2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征下面首先考虑P点位于薄膜表面的情况。

可以证明其它点的光程差与在薄膜表面的光程差一致几种情况的光程差CAPBCAPBDCAPBCAPBDn1n1n2n1n1n2n1n1n2n1n1n2第五节 薄膜干涉光光 学学 第三章 干 涉2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征设入射角为 i1折射角为 i2第五节 薄膜干涉CAPBn1n1n2hAP光光 学学 第三章 干 涉2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征设入射角为 i1折射角为 i2所以：注意: 在有些时候必须考虑半波损失！此时：第五节 薄膜干涉CAPBn1n1n2hAP光光 学学 第三章 干 涉2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征P点光强极大条件：P点光强极小条件：第五节 薄膜干涉亮纹处薄膜的厚度为：相邻亮纹对应薄膜的厚度差光光 学学 第三章 干 涉第五节 薄膜干涉等厚干涉垂直入射时P点光强极大条件（i1= i2 =0，）：第k级亮纹处薄膜的厚度为：相邻条纹的厚度差如果在视场中有N个条纹，视场中劈尖厚度差是多少？2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征光光 学学 第三章 干 涉3等厚干涉的光强分布和条纹的特征等厚干涉条纹，薄膜厚度连续变化时，条纹的变化等厚干涉条纹，薄膜楔角连续变化时，条纹的变化 随着厚度的变化，条纹将移动，但条纹间距不变。

厚度每增加半个媒质内的波长，条纹就移动一个间距随着楔角的变化，条纹将发生疏密变化第五节 薄膜干涉演示文件frmv.m，wgh演示文件frmv.m，wga光光 学学 第三章 干 涉（1）线度的测量（2）表面光洁度的检测（3）干涉膨胀计4等厚干涉的实现和应用第五节 薄膜干涉光光 学学 第三章 干 涉第五节 薄膜干涉作业：P 159 160 3-9 3-13 3-15 3-16。