35迈克耳孙干涉仪光场的时间相干性A.pptVIP

* * 第三章 干涉 §5 迈克尔孙干涉仪 光场的时间相干性 * 迈克耳孙（A.A.Michelson） 美籍德国人 因创造精密光学仪器，用以进行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速，获1907年诺贝尔物理奖。 “我总认为迈克耳孙是科学中的艺术家，他的最大乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方法的精湛，他从来不认为自己在科学上是个严格的‘专家’，事实上的确不是，但始终是个艺术家。” ——爱因斯坦 一 迈克耳孙干涉仪的结构及光路 G2——补偿版 G1——分束板 二 干涉条纹 1） 等倾干涉条纹 2）等厚干涉条纹 迈克耳逊等倾干涉 迈克耳逊等厚干涉 ①长度的精密测量。迈克耳孙干涉仪和法布里－珀罗干涉仪曾被用来以镉红谱线的波长表示国际米。 ②折射率的测定。风洞的马赫－曾特干涉仪被用来对气流折射率的变化进行实时观察。 （干涉仪及改造的干涉仪的作用） 马赫－曾特干涉仪 ③波长的测量。法布里－珀罗干涉仪（标准具）曾被用来确定波长的初级标准，从而通过比较法确定其他光谱线的波长。 ④检验光学元件的质量。泰曼干涉仪被普遍用来检验平板、棱镜和透镜等光学元件的质量。 ⑤用作高分辨率光谱仪。法布里－珀罗干涉仪等多光束干涉仪具有极高的光谱分辨率，常用作光谱的精细结构和超精细结构分析。 ⑥历史上的作用。以太的验证——以干涉原理为基础的实验最为精确，其中最有名的是菲佐实验和迈克耳孙－莫雷实验。实验结果为爱因斯坦的狭义相对论提供了佐证。 （干涉仪及改造的干涉仪的作用） 例1 用435.8 的扩展光源照明迈克耳孙干涉仪，在视场中可获得20个等倾圆条纹，使 远离 ，中心吐出500个条纹，视场中有40个等倾条纹，求（1）干涉的视场角度（2） 和 间的起始厚度和最终厚度 解： 三 光源的非单色性对干涉条纹的影响 （1）双线结构对干涉条纹衬比度的影响 ——单色性较差 ——单色性较好 ——单色性极好 实际光源 双线结构使条纹反衬度随光程差增加作周期性变化 双线结构干涉条纹的衬比度 利用某种光源（如钠灯）的强双线可以观察到其干涉条纹视见度的空间周期性变化——“拍”现象 条纹疏，表示λ大 条纹密，表示λ小 迭加后条纹“清晰度” 出现周期性变化 衬比度变化的空间频率 例2 用 的双线扩展光源照明迈克耳孙干涉仪，得等倾圆条纹。若两谱线强度相等，当 远离 时，视场从一片均匀到条纹最清晰又到一片均匀，问薄膜厚度变化多少，中心吐出多少个条纹？ 解： （2）单色线宽对干涉条纹衬比度的影响 光源的非单色性能够影响光场的相干性，使光场反衬度随光程差增加单调下降。 六 光场的时间相干性 相干长度： 时间相干性基本问题 在点源 的波场中沿波线相距多远的两点 和 是相干的？ 波列长度： 发光持续时间： （1）由已有结论直接得相干长度 时间相干性本质 波列长度的有限性影响光场的相干性 （2）由波动的叠加推导波列长度 振幅分布 振幅分布 （3）时间相干性反比公式 仅取绝对值 结论： 波列越短，频带越宽；谱线越窄，波列越长。 *