第2章 节 光的干涉与相干性 2-2 分波面干涉 物理光学课件.pptVIP

§2.2 分波面干涉 建立干涉基本理论的目的是用于设计和分析干涉仪器的工作原理和工作特性。 分波面是获得“同频率、固定初位相差”双光束的方法之一。 2.2.1杨氏干涉 2.2.1.1理想单色点光源位于对称轴上 依图示：对应S1、S2 的 若 　　　　　　　　(满足振幅条件/旁轴近似), 则: 显然，此时 Ｐ点的干涉场强度 其干涉图的特点是: 一组平行于Y轴的平行直条纹;沿X轴方向的条纹亮度/干涉场强度如图示: 课堂练习: 1.求: 亮条纹和暗条纹在X轴上的位置坐标. 2. X=0 位置上是亮条纹还是暗条纹？对应的条纹干涉级m=? 3.条纹对比度Ｖ＝？ 4.证明: 相邻亮条纹和相邻暗条纹沿X轴方向的条纹空间距离均为 　　　。 讨论 2) 条纹间距 亮暗条纹的位置 1) 白光照射时，出现彩色条纹 暗纹 亮纹 3） 条纹间距 的关系 第一节 光的干涉 2.2.1.2理想单色点光源偏离对称轴 依图示, 光源偏离对称轴引入的问题是: 若 则 这仍然是一组条纹形状、方向、空间频率及对比度与光源位于对称轴时相同的平行于z轴的直条纹，唯一变化是整组条纹沿x轴发生了平移，由零级条纹满足　　　　　　　　 得整组条纹沿x轴的平移量为： 理想单色点光源杨氏干涉总结： 1、理想点源位于y轴时，杨氏条纹是一组平行于z轴的等距直条纹，在x轴方向的条纹周期是 　　　。零级条纹位于x＝０处。条纹对比度Ｖ＝１。 ２、当光源Ｓ０沿ζ轴方向平移时，不改变光源空间对称性，不影响Ｓ１和Ｓ２的初位相差，条纹特性不变。 ３、当光源Ｓ０沿ξ轴方向平移时，将使Ｓ１和Ｓ２之间产生初位相差　　　　　，引起整组条纹沿光源Ｓ０移动的相反方向平移距离　　　。 2.2.2 分波面干涉的其它装置 　　　使用一定的装置，将来自一个点光源的波前分割出两部分，再使这两部分在空间重叠／叠加。 　　处理这类问题的方法是：首先确定发出这两部分光的等效光源的位置及其参数，然后直接利用杨氏干涉得到的结果计算条纹特性参数。 １、菲涅耳双面镜 ２、菲涅耳双棱镜 ３、洛埃镜 ４、比累对切透镜 杨氏双孔的不足：为保证自双孔处提取的次级光波尽量满足点光源条件，孔的直径必须很小。但能够透过小孔的光能量也很小，因而干涉光场的强度很弱，不便于观察和测量。 (1) 杨氏双缝干涉 特点：以双缝代替双孔，以线光源代替点光源，使总的叠加光强度增大。 图3.3-9 杨氏双缝干涉图样 (a) 单色光照明 (b) 白光照明 (c) 仿真实验结果 图3.3-8 杨氏双缝干涉实验原理 y x z S2 S1 S  O l=2(n-1)aB，d=B+C 图3.3-10 菲涅耳双棱镜干涉实验原理 a S2 S1 C S B P O A l 特点：以双棱镜代替双孔，以线光源代替点光源，使总的叠加光强度增大。 (3) 菲涅耳双平面镜干涉 l=2aB=qB， d=B+C 特点：以两个反射镜代替双孔，以线光源代替点光源，使总的叠加光强度增大。 图3.3-11 菲涅耳双面镜干涉实验原理 a S2 S1 C S B q O M2 M1 M l a P 遮光板 (2) 菲涅耳双棱镜干涉 l=2a 特点：反射镜边缘N处为相消干涉——暗条纹，表明镜面反射引起“半波损”。 图3.3-12 劳埃德镜干涉实验光路 S S d O l M N P2 P1 a (4) 劳埃德镜干涉 2.2.3实际光源照明的分波面干涉 实际光源: 既不是几何点，也不是单色谱。 光源空间几何尺寸和色谱/频率宽度都将造成干涉条纹对比度的变化，致使干涉条纹的对比度下降。 2.2.3.1光源几何空间尺寸的影响 光源空间几何尺寸对条纹比度的影响是由不同位置光源的干涉场强度分布在空间的不重合造成的。 1、光源空间几何尺寸对条纹对比度的影响 　　宽度为b的带状光源，光源宽度内位于ξ、宽度为dξ的微带对Ｐ(x,z)点的干涉强度是 　　x点的干涉场强度，是整个宽度为b的带状光源内、各子宽度为dξ的微带对Ｐ(x,z)点的干涉场强度非相干叠加的结果： 显然，Ｐ点的干涉场强度极大值和极小值分别为： 条纹对比度为 由此可得： ①、当 时，V=0，对应于此的光源宽度称为光源的临界宽度,也叫极限宽度，记作bc。 其中，l/a又被称作干涉孔径β。 ②、条纹对比度随着光源宽度b的增大而下降，同时,条纹对比度又是随b增大做减幅振荡的周期性函数． 说明: ①、对应于V≥0.9, bp≤bc/4,对应于此的光源宽度bp被认为是观