第十二章节光的干涉和干涉系统幻灯片.pptVIP

第十二章节光的干涉和干涉系统幻灯片.ppt

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* §12-3 干涉条纹的可见度 干涉场某点附近干涉条纹的可见度定义为: 它表征了干涉场中某处条纹亮暗反差的程度。 所考察位置附近的最大光强和最小光强 所以 可见在求得余弦光强分布式之后,将其常数项归一化,余弦变化部分的振幅即是条纹的可见度。 * 影响干涉条纹可见度的主要因素是两相干光束的振幅比、光源的大小和光源的非单色性。 一、两相干光束振幅比的影响 表明:两光波振幅差越大,K越小。设计干涉系统时应尽可能使K=1,以获得最大的条纹可见度。 二、光源大小的影响和空间相干性 实际光源总有一定的大小,称为扩展光源。它可看成是许多不相干点源的集合。 * (一)条纹可见度随光源大小的变化 将扩展光源分成许多强度相等、宽度为dx的元光源,每一元光源到达干涉场的强度为 I0dx′,则位于宽度为b的扩展光源SS上的c点处的元光源,在屏平面x上的P点形成干涉条纹的强度为: 当光源大到一定程度时,可见度甚至可以下降到零,观察不到干涉条纹。 每个点光源,在干涉装置中都形成一对相干点光源。各对相干点光源在干涉场产生各自的一组条纹。各点光源有不同位置,各组条纹相互间产生一定的位移。暗条纹的强度不再为零,条纹可见度降低。 * 类似 有 或 其中 ━相干孔径角 S1 S2 d 到达干涉场某点的两条相干光束从实际光源出发时的夹角。 分别是从c点到P点的一对相干光在干涉系统左右方的光程差。 * 则宽度为b的整个光源在x平面P点处的光强为: 就是干涉条纹的可见度,即: 第一个K=0值对应 称条纹可见度为零时的光源宽度为光源的临界宽度,记为bc 是求解干涉系统中光源的临界宽度的普遍公式 * (二)空间相干性 光源大小与相干空间(干涉孔径角)成反比关系,给定一个光源尺寸,就限制一个相干空间,这就是空间相干性问题。即,若通过光波场横方向上两点的光在空间相遇时能够发生干涉,则称通过空间这两点具有空间相干性。 在实际工作中,为了能较清晰的观察到干涉条纹,通常取该值的1/4作为光源的允许宽度bp,此时条纹可见度为K=0.9。 图见书p311 * 三、光源非单色性的影响和时间相干性 (一)光源非单色性的影响 1.理想的单色光 ? 、? 2.准单色光、谱线宽度 准单色光:在某个中心波长(频率)附近有一定波长(频率)范围的光。 谱线宽度: ? 0 ? o I I0 I0 /2 ?? 谱线宽度 * 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 I x ? - (??/2) ? + (??/2) 合成光强 实际使用的单色光源都有一定的光谱宽度 范围内的每条谱线都各自形成一组干涉条纹,且除零级以外,相互有偏移,各组条纹重叠的结果使条纹可见度下降。 * 对于谱线宽度为??的单色光,干涉条纹消失的位置满足: 与该干涉级kc对应的光程差?c,就是实现干涉的最大光程差: 光的单色性(即??的宽度)决定了能产生清晰干涉条纹的最大光程差,即相干长度。它与波列长度相一致。 * 相干长度 可发生干涉 不能发生干涉 普通光源的相干长度较小,只有几毫米到十几个厘米,而激光的相干长度从十几米到几十公里,且激光的相干性很好。 (二)时间相干性 光波在一定的光程差下能发生干涉的事实表现了光波的时间相干性。把光通过相干长度所需的时间称为相干时间。 把同一光源在相干时间内不同时刻发出的光,经过不同的路径相遇时能够产生干涉,称这种相干性为时间相干性。 * 表明:频率带宽越小,相干时间越大,光的时间相干性越好。 相干长度长,光谱带宽小,其单色性好(时间相干性好)。 时间相干性由光源的性质决定。 氦氖激光的时间相干性远比普通光源好。 钠Na 光,波长589.6nm,相干长度3.4~10-2m。 氦氖激光,波长632.8nm,相干长度40km。 第十二章 光的干涉和干涉系统 §12-1 光波干涉的条件 §12-2 杨氏干涉实验 §12-3 干涉条纹的可见度 §12-4 平行平板的双光束干涉 §12-5 典型双光束干涉系统及其应用 §12-6 平行平板的多光束干涉及应用 * * §12-1 光波干涉的条件 光干涉现象是光波波动性的重要特征。 如在空间有两列或多列相干光波同时传播到一个屏幕上叠加,在屏幕上出现稳定的明暗相间的条纹,称为光的干涉。能发出相干光波从而产生干涉现象的光源称为相干光源。 两支蜡烛、两盏灯放在一起,同时照在墙壁上。 无光强度明暗变化的干涉现象 两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象,即使是同一个单色光源的两部分发出的光,也不能产生干涉。 无干涉现象 * 两个完全独立的没有关联的光波无论如何不会产生干涉,而只有当两个光波有紧密关联或当两个光波是由同一光波分离出来时,才会发生干涉。(从光源本身的发光特性来解释) 在两个(或多个)光波叠加的区域,某些点的振动始终加强,另一些点的

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