波动光学-干涉课件

第一章光的干涉第二章光的衍射第三章光的偏振波动光学1.光学的发展几何光学波动光学量子光学引言线性光学非线性光学2.波动光学对光的描述光是电磁波单色光：频率恒定的一列无限长E矢量的简谐光波。与物质相互作用（感光、生理作用）的主要是E矢量-光矢量。E矢量的振动称为光振动。1.普通光源：自发辐射互相独立互相独立同一原子先后发的光不同原子发的光互相独立：前后发光间隔，频率,位相,振动方向,传播方向2.激光光源：受激辐射频率,位相,振动方向,传播方向完全一样！=(E2-E1)/hE2E1

二.光的相干性

1.两列光波的叠加(只讨论电振动)P:12E0E10E20p12r1r2完全相干光源（如激光光源）

▲相长干涉（明）

(k=0,1,2,3…)▲相消干涉（暗）

(k=0,1,2,3…)决定于P点的位置恒定Io2-24-44I1衬比度差(V<1)衬比度好(V=1)振幅比决定衬比度的因素：光源的宽度光源的单色性IImaxImino2-24-42.条纹衬比度（对比度，反衬度）3.普通光源获得相干光的途径pS

*分波面法分振幅法·p薄膜S*条纹间距(1)一系列平行的明暗相间的条纹；

(3)中间级次低；明纹:k，k=1,2,3…(整数级)暗纹:(2k+1)/2(半整数级)(4)条纹特点：(2)不太大时条纹等间距；某条纹级次=该条纹相应的(r2-r1)/二.光强公式若I1=I2

=I0

,则光强曲线I02-24-4k012-1-24I0x0x1x2x

-2x-1sin0/d-/d-2/d2/d§3其他分波面干涉实验(自学)§4空间相干性一.空间相干性的概念光源宽度对干涉条纹衬比度的影响设光源宽度为bBDI非相干叠加+1L0N0M0Lb/2d/2LMNS1S2xI合成光强0Nx+1L0M0L-1N=Dλ/d(B>>b0,d)—光源的极限宽度时，才能观察到干涉条纹。doDB+1L·r2r1r1r2单色光源b0/2·xL△x/2

三.相干间隔和相干孔径角1.相干间隔若b和B一定，则要得到干涉条纹，必须—相干间隔d0越大，光场的空间相干性越好。2.相干孔径角S1S2b0d0B━相干孔径角0越大空间相干性越好。激光光源可以不受以上限制在θ0范围内的光场中，正对光源的平面上的任意两点的光振动是相干的。四.应用举例1.测遥远星体的角直径：bdB星体一.光的非单色性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：0oII0I0/2谱线宽度(1)自然宽度·Ei+1Ei+1EiEi§5时间相干性造成谱线宽度的原因(2)多普勒增宽(3)碰撞增宽二.非单色性对干涉条纹的影响0123456012345Ix-(/2)+(/2)合成光强干涉的最大级次三.相干长度与相干时间1.相干长度

两列波能发生干涉的最大波程差：中心波长SS1S2c1c2b1b2a1a2·pS1S2Sc1c2b1b2a1a2p·注:等代表波列只有同一波列分成的两部分经不同的光程再相遇时才能发生干涉。波列长度就是相干长度§6光程一.光程、光程差真空中··dabλ媒质中··abndλn媒质n─媒质中波长光程:

L=nd─真空中波长…………n1n2nmd1d2dm光程差：

=L2-L1[例]·S1S2r1r2dnpP:

二.使用透镜不会产生附加光程差Sacb··S物点到象点各光线之间的光程差为零相位差和光程差的关系：光程L

=

(nidi

)§7薄膜干涉

(一)——等厚条纹一.劈尖（劈形膜）夹角很小的两个平面所构成的薄膜ennn·A反射光2反射光1单色平行光(设n>

n

)·S121、2两束反射光来自同一束入射光，它们可以产生干涉。Leekek+1明纹暗纹条纹间距又

二.牛顿环

.S分束镜M显微镜oerR·平晶平凸透镜暗环o

牛顿环装置简图平凸透镜平晶光程差：(1)(k=0,1,2,…)(2)第k个暗环半径暗环：三.等厚条纹的应用1.劈尖的应用测波长：已知θ、n，测L可得λ测折射率：已知θ、λ，测L可得n测细小直径、厚度、微小变化Δh待测块规λ标准块规平晶测表面不平度等厚条纹待测工件平晶2.牛顿环的应用测透镜球面的半径R：已知,测

m、rk+m、rk，可得R。测波长λ：

已知R，测出m

、

rk+m、rk，

可得λ。

检验透镜球表面质量标准验规待测透镜暗纹§8薄膜干涉（二）——等倾条纹一.点光源照明时的干涉条纹分析L

fPo

r环B

ennn>nirA

CD··21Siii光束1、2的光程差：得·

··或明纹暗纹倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹—等倾条纹。形状:条纹特点:一系列同心圆环r环=ftgi条纹间隔分布:内疏外密条纹级次分布:e一定时，波长对条纹的影响:膜厚变化时,条纹的移动：二.面光源照明时，干涉条纹的分析iPifor环ennn>n面光源···只要入射角i相同，都将汇聚在同一个干涉环上（非相干叠加）三.应用：增透(射)膜和增反射膜（自学书P130例2）§9迈克耳逊干涉仪一.仪器结构、光路二.工作原理