产生干涉的条件学习教案

1、会计学1产生干涉的条件产生干涉的条件第一页，编辑于星期日：十点 三十一分。3.1.1 产生干涉的基本条件产生干涉的基本条件 (The basic conditions for interference )白光下的肥皂膜白光下的肥皂膜白光下的油膜白光下的油膜光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时，在重叠光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时，在重叠区内形成稳定的区内形成稳定的强弱强度分布强弱强度分布的现象。的现象。肥皂泡和油膜的干涉现象第1页/共30页第二页，编辑于星期日：十点 三十一分。第2页/共30页第三页，编辑于星期日：十点 三十一分。白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片 杨氏

2、双缝干涉第3页/共30页第四页，编辑于星期日：十点 三十一分。实验室中的干涉和自然界的干涉第4页/共30页第五页，编辑于星期日：十点 三十一分。例如，下图所示的两列单色线偏振光例如，下图所示的两列单色线偏振光1. 两束光的干涉现象两束光的干涉现象 光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时， 在重叠区内形成稳定的强弱强度分布的现象。 第5页/共30页第六页，编辑于星期日：十点 三十一分。E1 与与 E2 振动方向间的夹角为振动方向间的夹角为 ， P 点处的总光强为点处的总光强为121 21212 2 cos cos =+2 (3)IIII IIIII1、I2 是二光束的光强是二光束的光强； 是二光束

3、的相位差，且有是二光束的相位差，且有1. 两束光的干涉现象两束光的干涉现象第6页/共30页第七页，编辑于星期日：十点 三十一分。二光束叠加后的总强度并不等于这两列波的强度和，二光束叠加后的总强度并不等于这两列波的强度和，而是多了一项交叉项而是多了一项交叉项 I12，它反映了这两束光的干涉效它反映了这两束光的干涉效应，通常称为应，通常称为干涉项干涉项。干涉现象就是指这两束光在重叠区内形成的干涉现象就是指这两束光在重叠区内形成的稳定的光稳定的光强分布强分布。所谓稳定，是指用肉眼或记录仪器能观察到或。所谓稳定，是指用肉眼或记录仪器能观察到或记录到条纹分布。记录到条纹分布。1. 两束光的干涉现象两束光

4、的干涉现象第7页/共30页第八页，编辑于星期日：十点 三十一分。显然，如果干涉项显然，如果干涉项 I12 远小于两光束光强中较小的一远小于两光束光强中较小的一个，就不易观察到干涉现象；个，就不易观察到干涉现象；1. 两束光的干涉现象两束光的干涉现象121 21212 2 cos cos+2 (3) IIII IIII如果两束光的如果两束光的相位差随时间变化相位差随时间变化，使光强度条纹图，使光强度条纹图样产生移动。样产生移动。第8页/共30页第九页，编辑于星期日：十点 三十一分。在能观察到稳定的光强分布的情况下，满足在能观察到稳定的光强分布的情况下，满足满足满足的空间位置为光强极大值，且光强极

5、大值的空间位置为光强极大值，且光强极大值 IM 为为121 2 2 cos (4)IIII I1. 两束光的干涉现象两束光的干涉现象第9页/共30页第十页，编辑于星期日：十点 三十一分。当两束光强相等，当两束光强相等， ，相应的极大值和极小，相应的极大值和极小值分别为值分别为M0m02 (1cos ) (6)2 (1 cos ) (7)IIII121 2 2 cos (5)IIII I1. 两束光的干涉现象两束光的干涉现象的空间位置为光强极小值，且光强极小值的空间位置为光强极小值，且光强极小值 Im 为为第10页/共30页第十一页，编辑于星期日：十点 三十一分。121 2 2 cos IIII

6、 I光强极大值的条件是光强极大值的条件是光强极大值是光强极大值是121 2 2 cos IIII I光强极小值的条件是光强极小值的条件是光强极小值是光强极小值是1. 两束光的干涉现象两束光的干涉现象第11页/共30页第十二页，编辑于星期日：十点 三十一分。2. 产生干产生干涉的条件涉的条件1）干涉条纹可见度（对比度）干涉条纹可见度（对比度）首先引入一个表征干涉效应程度的参量首先引入一个表征干涉效应程度的参量干涉条纹干涉条纹可见度可见度，由此深入分析产生干涉的条件。，由此深入分析产生干涉的条件。偏振度偏振度:部分偏振光的总强度中完全偏振光所占的比例部分偏振光的总强度中完全偏振光所占的比例第12页

7、/共30页第十三页，编辑于星期日：十点 三十一分。2. 产生干产生干涉的条件涉的条件1）干涉条纹可见度（对比度）干涉条纹可见度（对比度）当干涉光强的极小值当干涉光强的极小值 Im= 0 时时，V = l，二光束二光束 完全完全 相干，条纹最清晰；相干，条纹最清晰；当当 IM= Im 时时，V = 0，二光束完全不相干，无二光束完全不相干，无 干涉条纹；干涉条纹；当当 IM Im 0 时时，0 V 1，二光束部分相二光束部分相 干，条纹清晰度介于上面两种情况之间干，条纹清晰度介于上面两种情况之间。第13页/共30页第十四页，编辑于星期日：十点 三十一分。2）产生干涉的条件）产生干涉的条件影响光强

8、条纹稳定分布的主要因意是，影响光强条纹稳定分布的主要因意是，二光束频率以及二光二光束频率以及二光束振动方向夹角和二光束的相位差束振动方向夹角和二光束的相位差。121 21212 2 cos cos+2 (3) IIII IIII第14页/共30页第十五页，编辑于星期日：十点 三十一分。2）产生干涉的条件）产生干涉的条件(1)对干涉光束的频率要求对干涉光束的频率要求当二光束频率相等，当二光束频率相等， = 0 时，干涉光强不随时间变时，干涉光强不随时间变化，可以得到化，可以得到稳定的干涉条纹分布稳定的干涉条纹分布。当二光束的频率不相等当二光束的频率不相等， 0 时时，干涉条纹将随着时干涉条纹将随

9、着时间产生移动间产生移动，且，且 愈大，条纹移动速度愈快。愈大，条纹移动速度愈快。要求二干涉光束的要求二干涉光束的频率尽量相等频率尽量相等。当当大到一定程度时，肉眼或探测仪器就将观察不到大到一定程度时，肉眼或探测仪器就将观察不到稳定的条纹分布。稳定的条纹分布。为了产生干涉现象，要求二干为了产生干涉现象，要求二干涉光束的涉光束的频率尽量相等频率尽量相等。第15页/共30页第十六页，编辑于星期日：十点 三十一分。（2）对二干涉光束振动方向的要求）对二干涉光束振动方向的要求由由（6）、（7）式可见式可见，若二光束光强相等，则若二光束光强相等，则M0m02 (1cos ) (6)2 (1 cos )

10、(7)IIII第16页/共30页第十七页，编辑于星期日：十点 三十一分。（2）对二干涉光束振动方向的要求）对二干涉光束振动方向的要求若若 = 0，二光束的振动方向相同时二光束的振动方向相同时，V = l，干涉干涉 条纹最清晰；条纹最清晰；若若 = / 2，二光束正交振动时二光束正交振动时，V = 0，不发生干不发生干 涉涉；当当0 / 2时时，0 V 1，干涉条纹清晰度介于干涉条纹清晰度介于 上面两种情况之间。上面两种情况之间。当为了产生明显的干涉现象当为了产生明显的干涉现象,二光束的二光束的振动方向相同振动方向相同。 。第17页/共30页第十八页，编辑于星期日：十点 三十一分。(3) 对二干

11、涉光束相位差的要求对二干涉光束相位差的要求为了获得稳定的干涉图形，二干涉光束的相位差必须为了获得稳定的干涉图形，二干涉光束的相位差必须固定不变，即要求二等频单色光波的固定不变，即要求二等频单色光波的初相位差恒定初相位差恒定。121 21212 2 cos cos+2 (3) IIII IIII第18页/共30页第十九页，编辑于星期日：十点 三十一分。 可见，要获得稳定的干涉条纹，则：可见，要获得稳定的干涉条纹，则：（1）两束光波的频率应当相同；两束光波的频率应当相同；（2）两束光波在相遇处的振动方向应当相同；两束光波在相遇处的振动方向应当相同；（3）两束光波在相遇处应有固定不变的相位差。两束光

12、波在相遇处应有固定不变的相位差。 这三个条件就是两束光波发生干涉的必要条件，通这三个条件就是两束光波发生干涉的必要条件，通 常称为常称为相干条件相干条件。2）产生干涉的条件）产生干涉的条件第19页/共30页第二十页，编辑于星期日：十点 三十一分。3. 实现光束干涉的基本方法实现光束干涉的基本方法通常称满足相干条件的光波为相干光波，相应的光通常称满足相干条件的光波为相干光波，相应的光源叫源叫相干光源。相干光源。（1）两束光波的频率应当相同；两束光波的频率应当相同；（2）两束光波在相遇处的振动方向应当相同；两束光波在相遇处的振动方向应当相同；（3）两束光波在相遇处应有固定不变的相位差。两束光波在相

13、遇处应有固定不变的相位差。 第20页/共30页第二十一页，编辑于星期日：十点 三十一分。一个光源包含有许许多多个发光的原子、分子或电子，一个光源包含有许许多多个发光的原子、分子或电子，每个原子、分子都是一个发光中心，我们看到的每一束光每个原子、分子都是一个发光中心，我们看到的每一束光都是从大量原子都是从大量原子( (发光中心发光中心) )发射和汇集出来的。发射和汇集出来的。但是每个单个原子的发光都不是无休止的，每次发光动作但是每个单个原子的发光都不是无休止的，每次发光动作只能持续一定的时间，这个时间很短只能持续一定的时间，这个时间很短( (小于小于10-8s) )，因而每次因而每次原子发光只能

14、产生有限的一段波列。原子发光只能产生有限的一段波列。1) )原子发光的特点原子发光的特点第21页/共30页第二十二页，编辑于星期日：十点 三十一分。1）原子发光的特原子发光的特点点波列波列能级跃迁辐射能级跃迁辐射E1E2 v=(E2-E1)/ h 波列长波列长L = c由光的辐射理论知道，普通光源的发光方式主要由光的辐射理论知道，普通光源的发光方式主要是自发辐射，即各原子都是一个独立的发光中心，是自发辐射，即各原子都是一个独立的发光中心，其发光动作杂乱无章，彼此无关其发光动作杂乱无章，彼此无关。第22页/共30页第二十三页，编辑于星期日：十点 三十一分。1) )原子发光的特点原子发光的特点不同

15、原子产生的不同原子产生的各个波列之间各个波列之间、同一个原子、同一个原子先后产生先后产生的各个波列之间的各个波列之间，都没有固定的相位关系，都没有固定的相位关系,这样的光这样的光波叠加，当然不会产生干涉现象。波叠加，当然不会产生干涉现象。不相干不相干( (不同原子发的光不同原子发的光) )不相干不相干( (同一原子先后发的光同一原子先后发的光) )第23页/共30页第二十四页，编辑于星期日：十点 三十一分。1) )原子发光的特点原子发光的特点在一有限的观察时间在一有限的观察时间 内，二光束叠加的强度是时间内，二光束叠加的强度是时间 内内的平均的平均，即为，即为如果在如果在 内各时刻到达的波列相

16、位差内各时刻到达的波列相位差 无规则地变化，无规则地变化， 将在将在 内多次内多次(可能在可能在108次以上次以上)经历经历 0 与与 2 之间的一之间的一切数值。切数值。第24页/共30页第二十五页，编辑于星期日：十点 三十一分。1）原子发光的特点原子发光的特点因此因此即二光束叠加的平均光强，恒等于二光波的光强之和，即二光束叠加的平均光强，恒等于二光波的光强之和，不不发生干涉发生干涉。上式的积分为上式的积分为第25页/共30页第二十六页，编辑于星期日：十点 三十一分。1）原子发光的特点原子发光的特点不仅从两个普通光源发出的光不会产生干涉不仅从两个普通光源发出的光不会产生干涉, 就是从同就是从

17、同一个光源的两个不同部分发出的光也是不相干的。一个光源的两个不同部分发出的光也是不相干的。 60年代出现的一种新型光源年代出现的一种新型光源激光器所产生的激光激光器所产生的激光有很好的相干性，有很好的相干性，它是一种相干光源它是一种相干光源。产生激光的必要条件产生激光的必要条件:. 激励能源（使原子激发）激励能源（使原子激发）;. 粒子数反转（有合适的亚稳态能级）粒子数反转（有合适的亚稳态能级）;.光学谐振腔（方向性，光放大，单色性）。光学谐振腔（方向性，光放大，单色性）。 第26页/共30页第二十七页，编辑于星期日：十点 三十一分。2）获得相干光的方法获得相干光的方法分波面法：分波面法：将一个波列的波面分成两部分或几部分将一个波列的波面分成两部分或几部分,由这由这每一部分发出的波再相遇时，必然是相干的，下面每一部分发出的波再相遇时，必然是相干的，下面讨论的杨氏干涉就属于这种干涉方法。讨论的杨氏