第七章光的干涉课件.ppt
第八章 光的干涉和干涉系统,第一节 光的干涉条件定义 在两个光波叠加的区域形成稳定的光强强弱分布的现象，称为光的干涉现象应用 等厚干涉；等倾干涉；干涉仪,3. 干涉条件,设,则,其中,干涉条件（必要条件）：,补充条件：,叠加光波的光程差不超过波列的长度,满足干涉条件的光波，叫相干光波； 其光源称为相干光源。,相干光波和相干光源,将一个光波分离成两个相干光波方法：,分波前法,分振幅法,注意：干涉的光强分布只与光程差 有关,第二节 杨氏干涉实验（分波前法）,杨氏实验装置,1. 干涉图样的计算,P点的干涉条纹强度,光强 I 的强弱取决于光程差,光程差D的计算,光程差：,干涉条纹的意义,x,X为接收屏上的空间位置,用光程差表示：,结论：1、干涉条纹代表着光程差的等值线。2、相邻两个干涉条纹之间其光程差变化量为一个波长l，位相差变化2p。,在同一条纹上的任意一点到两个光源的光程差是恒定的。,干涉条纹的间隔,定义：两条相干光线的夹角为相干光束的会聚角，用w表示。,m+1,干涉条纹间隔与波长,x,0,白条纹,白条纹,白光条纹,可以利用和判估条纹间距,本节重点内容总结,6、干涉条纹间隔与波长：多色光的干涉,2、P点的干涉条纹强度：,3、光程差D的计算：,4、干涉条纹的意义：,光程差的等值线。,5、干涉条纹的间隔：,1、干涉现象和干涉条件,第三节 干涉条纹的可见度,1. 振幅比 对条纹可见度的影响,2. 光源宽度 的影响和空间相干性,实际光源是扩展光源许多不相干点源的集合,多组干涉条纹叠加的强度分布,叠加后干涉条纹的可见度下降,光源宽度 对条纹可见度的影响,讨论：,1）光源的临界宽度：条纹可见度为0时的光源宽度,2）光源的允许宽度：能够清晰地观察到干涉条纹时，允许的光源宽度,三、光源非单色性 的影响,光源非单色性 对条纹可见度的影响,实际使用的单色光源有一定的光谱宽度,所有谱线在干涉场中的光强分布,讨论：,相干长度：对于光谱宽度为（或k）的光源能够产生干涉的最大光程差。,相干长度与波列长度一致,K,1,0,最大光程差,本节重点内容,2、振幅比与可见度的关系：,3、光源宽度与可见度的关系,4、光源单色性与可见度的关系,5、名词：相干长度、干涉孔径角,1、可见度的定义,分振幅法（平板干涉）优点,第四节 平板的双光束干涉(分振幅法）,分波前法（杨氏干涉）缺点：,空间相干性 小光源,条纹亮度 大光源,矛盾,既可以用扩展光源,又可以获得清晰条纹,解决矛盾,干涉的点源：两个反射面对S点的象S1和S2,1. 平行平板干涉（等倾干涉）,n,n,光程差计算,平行平板干涉装置 注意：采用扩展光源，条纹域在无穷远。 采用透镜使条纹成象在焦平面上。,s1,等倾圆条纹装置,光源上每一点都给出一组等倾条纹，它们彼此准确重合，没有位移,等倾条纹的位置只与形成条纹的光束的入射角有关，而与光源的位置无关。,光源的扩大只会增加干涉条纹的强度，不会影响条纹的对比度,光源大小与条纹的关系：,条纹分析,中央条纹疏，边缘条纹密。平板愈厚条纹也愈密。,（5）反射光条纹和透射光条纹互补,2. 楔形平板干涉（等厚干涉）,用扩展光源时楔行平板产生的定域条纹a)定域面在板上方b) 定域面在板内c) 定域面在板下方,定域面的位置和定域深度,两个不平行平面的分振幅干涉,点光源照明产生非定域干涉,扩展光源照明产生定域干涉,由 作图确定,楔形平板的干涉图,光程差计算,板厚度很小，楔角不大,用平行平板的公式近似,前提：,假设：,楔形平板的折射率是均匀的，光束的入射角为常数,它是厚度 h 的函数，在同一厚度的位置形成同一级条纹。,l,l,实验装置,透镜L2的作用，在成像面上观察,对于厚度较大的平板采用如图所示的装置,垂直入射时的光程差,定域面,（1）,对于折射率均匀的楔形平板，条纹平行于楔棱,条纹分布及性质,注意条纹分布是由h决定的分析条纹从h入手,Dh,(2),相邻条纹,相邻两亮纹或暗纹对应的光程差之差都为l，所以从一个条纹过渡到另一个条纹，平板的厚度改变,（3）条纹间距,（4）,（5）,与楔角成反比与波长成正比,第五节 典型的双光束干涉系统及其应用1.典型干涉系统,（一）斐索干涉仪：等厚干涉型的干涉仪（光学零件表面质量的检查）,表面不平度,（1）属于等厚干涉,（2）干涉光束，一个来自标准反射面，一个来自被测面。,条纹分析：,注意应用比例关系,小结：,基本特点：,重点掌握：,测量表面平面度、局部误差,应用：,测量平板的平行度和楔角,（二）迈克尔逊干涉仪（1881）,（1）系统结构（2）M1或M2垂直于光线移动时对条纹的影响。,特点：,M1 和M2 垂直时是等倾干涉，板厚度很小，楔角不大为等厚干涉，否则是混合型条纹。,掌握：,条纹变化,h增大时，条纹外冒，变密,h减小时，条纹内缩，变疏,等倾干涉,等厚干涉,h增大时，条纹向膜较薄的方向移动,h减小时，条纹向膜较厚的方向移动,混合条纹,DS,优点：,1）两束相干光完全分开2）光程差可以由一个镜 子的平移来改变3）可以很方便的在光路 中安置被测量的样品,应用：,测波长、折射率、厚度,用白光条纹作精密测量,（三）泰曼干涉仪,通过研究光波波面经光学零件后的变形确定零件质量,结构原理,在迈克尔逊干涉仪的一个光路中加入了被测光学器件单色准直光照明，使产生等厚干涉条纹，用于检验光学零件的综合质量,检验原理,检查棱镜,棱镜干涉图,（四）激光迈克尔逊干涉仪测长,本节重点内容回顾,等倾干涉（光程差的计算，条纹角半径，条纹间距和平板厚度的关系）等厚干涉（定域干涉，楔形平板干涉，厚度和角度变化对条纹的影响，条纹间距和楔角的计算）斐索干涉仪的结构和测量原理，表面不平度的测量和楔角测量。迈克耳逊干涉仪的结构，测量原理膜厚变化和条纹变化的关系。,2. 两个单色点源在空间形成的干涉场,在三维空间中，干涉结果：等光程差面,等光程差面与屏幕的交线,等光程差面是一组以m为参数的回转双曲面簇,局部位置条纹,等分线,连线垂面,其它平面,宽度为b的整个光源在P点的光强：,空间相干性,若通过光波场横向两点的光在空间相遇时能够发生干涉，则称通过空间两点的光具有空间相干性。,横向相干宽度,o,扩展光源对o点张角,d由小变大，条纹可见度由大变小直至条纹消失,
