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波动光学 Wave Optics 第三章 光的干涉 常见干涉现象 肥皂泡和油膜的干涉现象 常见干涉现象 实验室中的干涉和自然界的干涉 干涉研究历史 最早被人类注意到的干涉现象 17世纪，两块玻璃板接触时出现的彩色条纹——牛顿环 第一个光的干涉演示实验 1801年托马斯·杨的杨氏双缝实验 激光干涉测量开始被广泛应用 1960年第一台红宝石激光器研制成功 借助微电子技术、计算机技术，集成为现代干涉仪，广泛应用于长度、角度、微观形貌、转速、光谱等测量领域 光波的干涉 干涉的定义 按照波动光学观点，光的干涉指两个或者多个光波在同一空间域叠加时，若该空间域的光能量密度分布不同于各个分量波单独存在时的光能量密度之和，则称光波在该空间域发生了干涉。 光波的干涉 干涉三要素 光源、干涉装置和干涉图形 干涉问题就是研究三个要素之间的关系。 干涉基本理论 波的叠加原理 波的独立传播原理 光源A和光源B发出的两列光波在同一空间区域传播时，互不干扰，每列波按照各自的传播规律独立进行。 波的叠加原理 两列波在同一空间区域传播时，空间每一点将受到各分量波作用，在波叠加的空间区域，每一点扰动将等于各个分量波单独存在时该点的扰动之和。 干涉基本理论 光波的叠加 同频同向标量波的叠加 干涉基本理论 光波的叠加 同频反向传播的平面波叠加——驻波 干涉基本理论 光波的叠加 同频反向传播的平面波叠加——驻波 干涉基本理论 光波的叠加 光学中的驻波现象 全反射时入射光与反射光的s分量 干涉基本理论 光波的叠加 不同频率标量波的叠加 干涉基本理论 双光束干涉的基本条件 干涉场强度 如何描述干涉图形的性质和特征？ 干涉场中，光能量密度的空间分布是干涉现象是否存在的依据 干涉基本理论 双光束干涉基本条件 干涉项 两平面波干涉 根据波的叠加原理 干涉场强度 干涉基本理论 干涉项 干涉项的出现是光波叠加的结果，干涉现象是否产生，取决于干涉项 干涉项不为0的条件→相干条件 干涉基本理论 相干条件（干涉条件） 差频项不为0的条件： 获得稳定干涉场强度分布的条件 干涉基本理论 干涉装置 产生两个或多个相干光波 引入被测对象 改变各相干光波的传播方向或波形使其叠加，产生干涉 产生相干光波的功能又称分光功能，按照分光方法不同，干涉装置可分为两类：分波面装置和分振幅装置 干涉基本理论 两个平面波的干涉 干涉场强度 两平面波的干涉 两个平面波的干涉 干涉场强度公式第三项为干涉项 ??表示两相干光波从光源出发到达考察点P(r)时的位相差，干涉场强度分布完全由位相差分布唯一确定。 余弦函数系数2E10·E20称为干涉场调制幅度 两平面波的干涉 干涉强度分布特点 等强度面：三维干涉场中的等位相差面 等强度面方程 或者 上式是c为参数的平面点法式方程。 因此可知，两个平面波干涉的等强度面是三维空间的一系列平行平面 两平面波的干涉 干涉强度分布特点 等强度面与波面 两平面波的干涉 干涉强度分布特点 峰值强度面 最大强度面条件 干涉强度极大值 两平面波的干涉 干涉强度分布特点 峰值强度面 最小强度面条件 干涉强度极小值 称为干涉级。 在任意等强度面上，两相干光波位相差 光程差 两平面波的干涉 干涉强度分布特点 干涉强度空间频率和空间周期 I(r)周期分布，空间频率和空间周期与考察方向有关，定义空间频率矢量f 沿?k方向考察 微分 空间频率 两平面波的干涉 干涉强度分布特点 干涉强度空间频率和空间周期 设两平面波波矢量k1和k2之间夹角为? 由于 可得出 空间周期 两平面波的干涉 干涉强度分布特点 干涉图形：二维观察平面上的强度分布 两个平面波干涉的等强度面是强度按余弦规律变化的平行等距平面，干涉图形（又称干涉条纹）是一组平行等距直条纹 两平面波的干涉 干涉强度分布特点 干涉条纹反衬度 干涉条纹的清晰度不仅与强度起伏大小有关，还与背景强度大小有关。 两平面波的干涉 干涉强度分布特点 两束平面波干涉的条纹反衬度 两平面波的干涉 干涉强度分布特点 ?和?对反衬度V的影响 干涉基本理论 两个球面波的干涉 球面波波函数 设两球面波P点电场振动方向相同 两球面波的干涉 两个球面波的干涉 干涉场强度分布 两球面波的干涉 干涉强度分布特点 峰值强度面 最大强度面条件 最小强度面条件 两球面波的干涉 干涉强度分布特点 二维观察平面上干涉条纹性质 明暗相间的干涉条纹，等强度面与观察平面的交线 两球面波的干涉 干涉强度分布特点 干涉强度空间频率 两球