产生干涉的条件ppt课件.ppt

第第3章章 光的干涉光的干涉 (Interference)光的干涉、衍射和偏振特性是光的动摇性的主要特光的干涉、衍射和偏振特性是光的动摇性的主要特征，它们是许多光学仪器和丈量技术的根底本章征，它们是许多光学仪器和丈量技术的根底本章研讨光的干涉特性研讨光的干涉特性3.1.1 产生干涉的根本条件产生干涉的根本条件 (The basic conditions for interference )白光下的肥皂膜白光下的肥皂膜白光下的油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，在重叠光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时，在重叠区内构成稳定的强弱强度分布的景象区内构成稳定的强弱强度分布的景象●肥皂泡和油膜的干涉景象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，以下图所示的两列单色线偏振光例如，以下图所示的两列单色线偏振光1. 两束光的干涉景象两束光的干涉景象 光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时， 在重叠区内构成稳定的强弱强度分布的景象 E1 与 E2 振动方向间的夹角为  ， P 点处的总光强为I1、I2 是二光束的光强； 是二光束的相位差，且有1. 两束光的干涉景象两束光的干涉景象Ø二光束叠加后的总强度并不等于这两列波的强度二光束叠加后的总强度并不等于这两列波的强度和，而是多了一项交叉项和，而是多了一项交叉项 I12，它反映了这两束光，它反映了这两束光的干涉效应，通常称为干涉项。

的干涉效应，通常称为干涉项Ø干涉景象就是指这两束光在重叠区内构成的稳定干涉景象就是指这两束光在重叠区内构成的稳定的光强分布所谓稳定，是指用肉眼或记录仪器的光强分布所谓稳定，是指用肉眼或记录仪器能察看到或记录到条纹分布能察看到或记录到条纹分布1. 两束光的干涉景象两束光的干涉景象Ø显然，假设干涉项显然，假设干涉项 I12 远小于两光束光强中较小远小于两光束光强中较小的一个，就不易察看到干涉景象；的一个，就不易察看到干涉景象；1. 两束光的干涉景象两束光的干涉景象Ø假设两束光的相位差随时间变化，使光强度条纹假设两束光的相位差随时间变化，使光强度条纹图样产生挪动图样产生挪动在能察看到稳定的光强分布的情况下，满足在能察看到稳定的光强分布的情况下，满足满足满足的空间位置为光强极大值，且光强极大值的空间位置为光强极大值，且光强极大值 IM 为为1. 两束光的干涉景象两束光的干涉景象当两束光强相等，当两束光强相等， ，相应的极大值和，相应的极大值和极小值分别为极小值分别为1. 两束光的干涉景象两束光的干涉景象的空间位置为光强极小值，且光强极小值的空间位置为光强极小值，且光强极小值 Im 为为①光强极大值的条件是光强极大值是光强极大值是②光强极小值的条件是光强极小值是光强极小值是1. 两束光的干涉景象两束光的干涉景象2. 产生干涉的条件产生干涉的条件1〕干涉条纹可见度〔对比度〕〕干涉条纹可见度〔对比度〕首先引入一个表征干涉效首先引入一个表征干涉效应程度的参量程度的参量—干涉条干涉条纹可可见度，由此深化分析度，由此深化分析产生干涉的条件。

生干涉的条件偏振度偏振度:部分偏振光的部分偏振光的总强度中完全偏振光所占的比例度中完全偏振光所占的比例2. 产生干涉的条件产生干涉的条件1〕干涉条纹可见度〔对比度〕〕干涉条纹可见度〔对比度〕Ø①当干涉光强的极小值 Im= 0 时，V = l，二光束 Ø 完全 相关，条纹最明晰；Ø②当 IM= Im 时，V = 0，二光束完全不相关，无Ø 干涉条纹；Ø③当 IM  Im 0 时，0 < V < 1，二光束部分相Ø 干，条纹明晰度介于上面两种情况之间2〕产生干涉的条件〕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〕产生干涉的条件(1)对干涉光束的频率要求①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②当二光束的频率不相等，  0 时，干涉条纹将随着时间产生挪动，且  愈大，条纹挪动速度愈快要求二干涉光束的频率尽量相等③当Δω大到一定程度时，肉眼或探测仪器就将察看不到稳定的条纹分布。

为了产生干涉景象，要求二干涉光束的频率尽量相等〔〔2 2〕对二干涉光束振动方向的要求〕对二干涉光束振动方向的要求由〔由〔6〕、〔〕、〔7〕式可见，假设二光束光强相等，那〕式可见，假设二光束光强相等，那么么〔〔2 2〕对二干涉光束振动方向的要求〕对二干涉光束振动方向的要求Ø假设假设  = 0，二光束的振动方向一样时，，二光束的振动方向一样时，V = l，干，干涉涉Ø 条纹最明晰；条纹最明晰；Ø假设假设  =   / 2，二光束正交振动时，，二光束正交振动时，V = 0，不发，不发生干生干Ø 涉；涉；Ø当当0<   <   / 2时，时，0< V < 1，干涉条纹明晰度介于，干涉条纹明晰度介于Ø 上面两种情况之间上面两种情况之间Ø当为了产生明显的干涉景象当为了产生明显的干涉景象,二光束的振动方向一样二光束的振动方向一样(3) 对二干涉光束相位差的要求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需为了获得稳定的干涉图形，二干涉光束的相位差必需固定不变，即要求二等频单色光波的初相位差恒定固定不变，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，那么：可见，要获得稳定的干涉条纹，那么：〔〔1〕两束光波的频率该当一样；〕两束光波的频率该当一样；〔〔2〕两束光波在相遇处的振动方向该当一样；〕两束光波在相遇处的振动方向该当一样；〔〔3〕两束光波在相遇处应有固定不变的相位差。

〕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 常称为相关条件常称为相关条件2〕产生干涉的条件〕产生干涉的条件3. 实现光束干涉的根本方法实现光束干涉的根本方法通常称满足相关条件的光波为相关光波，相应的光通常称满足相关条件的光波为相关光波，相应的光源叫相关光源源叫相关光源〔〔1〕两束光波的频率该当一样；〕两束光波的频率该当一样；〔〔2〕两束光波在相遇处的振动方向该当一样；〕两束光波在相遇处的振动方向该当一样；〔〔3〕两束光波在相遇处应有固定不变的相位差〕两束光波在相遇处应有固定不变的相位差 Ø一个光源包含有许许多多个发光的原子、分子或电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每一束光都是从大量原子(发光中心发光中心)发射和聚集出来发射和聚集出来的Ø但是每个单个原子的发光都不是无休止的，每次发但是每个单个原子的发光都不是无休止的，每次发光动作只能继续一定的时间，这个时间很短光动作只能继续一定的时间，这个时间很短(小于小于10-8s)，因此每次原子发光只能产生有限的一段波列。

因此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〕原子发光的特点波列波列能级跃迁辐射能级跃迁辐射E1E2 v=(E2-E1)/ h 波列长波列长L =L = c c由光的辐射实际知道，普通光源的发光方式主要由光的辐射实际知道，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，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生的各个波列之间，都没有固定的相位关系,这样这样的光波叠加，当然不会产生干涉景象的光波叠加，当然不会产生干涉景象不相关不相关( (不同原子发的不同原子发的光光) )不相关不相关( (同一原子先后发的光同一原子先后发的光) )∴∵1)原子发光的特点在一有限的察看时间在一有限的察看时间   内，二光束叠加的强度是时内，二光束叠加的强度是时间间   内的平均，即为内的平均，即为假设在假设在   内各时辰到达的波列相位差内各时辰到达的波列相位差   无规那么地无规那么地变化，变化，  将在将在  内多次内多次(能够在能够在108次以上次以上)阅历阅历 0 与与 2  之间的一切数值。

之间的一切数值1〕原子发光的特点〕原子发光的特点因此因此即二光束叠加的平均光强，恒等于二光波的光强之即二光束叠加的平均光强，恒等于二光波的光强之和，不发生干涉和，不发生干涉上式的积分为上式的积分为1〕原子发光的特点〕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不仅从两个普通光源发出的光不会产生干涉, 就是从就是从同一个光源的两个不同部分发出的光也是不相关的同一个光源的两个不同部分发出的光也是不相关的 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关性，它是一种相关光源产生激光的必要条件产生激光的必要条件:ｌｌ. 鼓励能源〔使原子激发〕鼓励能源〔使原子激发〕;２２. 粒子数反转〔有适宜的亚稳态能级〕粒子数反转〔有适宜的亚稳态能级〕;３３.光学谐振腔〔方向性，光放大，单色性〕光学谐振腔〔方向性，光放大，单色性〕 2〕获得相关光的方法〕获得相关光的方法分波面法：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，必然是相关的，由这每一部分发出的波再相遇时，必然是相关的，下面讨论的杨氏干涉就属于这种干涉方法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、二外表对分振幅法：通常是利用透明薄板的第一、二外表对入射光的依次反射，将入射光的振幅分解为假设干入射光的依次反射，将入射光的振幅分解为假设干部分，当这些部分的光波相遇时将产生干涉部分，当这些部分的光波相遇时将产生干涉①分波面法：杨氏干涉②分振幅法：平行平板产生的干涉。