光学课程教学电子教案迈克耳孙干涉仪光场的时间相干性.pptVIP

§3.5 迈克耳孙干涉仪 光场的 时间相干性 主要内容 本节重点 3. 光的干涉与相干性 3.5 迈克耳孙干涉仪 3. 光的干涉与相干性 1. 迈克耳孙干涉仪的结构 2. 干涉条纹特点 3. 光源的非单色性对干涉条纹衬比度的影响 4. 光场的时间相干性 5. 时间相干性与空间相干性之比较 图3.5-1 迈克耳孙干涉仪 S G1 M2 M2 M1 h G2 O P 1 2 1 2 L M1：固定反射镜； M2：可移动反射镜； G1：半透半反镜； G2：补偿板，与G1材料和几何尺寸相同； L： 透镜，观察扩展光源干涉图样时使用； S： 点光源或扩展的单色光源。 特点：由M1和M2经半透半反镜G1所成镜像M2构成一空气薄膜，厚度h为两反射镜M1和M2（或M2）到半透半反镜中心O的距离之差，n=n1=n2=1，i=i，Dl=±l/2。 3.5 迈克耳孙干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.5.1 迈克耳孙干涉仪的结构 总光程差： 相长干涉： 相消干涉： 中心亮纹： 中心暗纹： 结论：增大膜厚，中心条纹级次增大，条纹密度增大。 (3.5-1) (3.5-2) (3.5-3) (3.5-4) (3.5-5) j=0, 1, 2, 3,··· j=0, 1, 2, 3,··· j=0, 1, 2, 3,··· j=0, 1, 2, 3,··· 3.5 迈克耳孙干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.5.1 迈克耳孙干涉仪的结构 (1) 等倾干涉（M1⊥M2，M1∥M2） 条纹形状：同心圆环形条纹 中心涌出或涌入一个条纹对应的M2的位移： (3.5-6) 图3.5-2 迈克耳孙干涉仪产生的等倾干涉图样 (a) 实验结果 (b) 仿真实验结果 3.5 迈克耳孙干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.5.2 干涉条纹特点 条纹形状：等间距直线条纹 条纹间距： Dx=l/2a，增大h，条纹向交线方向移动 中心条纹：h=0时，D=l/2，故对于任何波长，交线处为暗纹 白光照射：h=0时，呈现以全暗条纹为对称中心向两边展开的彩色直条纹 图3.5-3 等厚迈克耳孙干涉图样 仿真实验结果 暗纹 a M2 M1 条纹 M2 M1 3.5 迈克耳孙干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.5.2 干涉条纹特点 (2) 等厚干涉（h=0，M1与M2不平行） (1) 照明光波具有两个相近波长成分时的干涉图样衬比度 单色光照明时叠加光波的强度分布（取I0为两光束强度之和）： (3.5-7) （k=2p/l） 照明光波包含两种相近波长成分时，其各自独立产生的叠加光波强度： （k1=2p/l1） （k2=2p/l2） (3.5-8a) (3.5-8b) 总的干涉光场强度： (3.5-9) 3.5 迈克耳孙干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.5.3 光源的非单色性对干涉图样衬比度的影响 取：I01=I02=I0，k=(k1+k2)/2， l=(l1+ l2)/2， Dk=k2-k1， Dl=l1- l2，得 (3.5-10) (3.5-11) 图3.5-4 照明光源具有两个相近波长成分时的干涉条纹强度分布（Dk=k/10） I/4I0 D/l 图3.5-5 照明光源具有两个相近波长成分时的干涉图样衬比度随光程差的变化（Dk=k/10） g D/l 3.5 迈克耳孙干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.5.3 光源单色性的影响 干涉图样衬比度： 图3.5-6 照明光源具有两个相近波长成分时的干涉图样（仿真实验结果） (b) ?l=0.6nm (c) ?l=1nm (a) ?l=0 结论：照明光波具有两个相近波长成分时，所得干涉图样的衬比度呈周期性变化，其周期为2p/Dk，频率为Dk/2p=?Dl/l 2。 3.5 迈克耳孙干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.5.3 光源单色性的影响 令迈克耳孙干涉仪两反射镜的D=0时两波长的暗纹位置重合，此时条纹的衬比度g=1。现取l1l2，则当移动反射镜M2使得l1的第N级暗纹与l2的第N级亮纹重合时，条纹衬比度降至0，此时有 (3.5-12) (3.5-13) 继续移动M2，两组条纹将再次重合，衬比度g又增大到1，如此不断重复。 衬比度变化周期： 衬比度变化的频率： (3.5-14) (3.5-15) 3.5 迈克耳孙干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.5.3 光源单色性的影响 举例： 设准单色光波中心波长为l，中心波数为k0，线宽为Dk，谱密度为I(k)，且 (3.5-16) 则干涉图样的总强度： (3.5-17) 3.5 迈克耳孙干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.5.3 光源单色性的影响 (2) 照明光波具有一定光谱宽度时的干涉图样衬比度 干