PDF《第三章：光的干涉》

? 2. 不同频率的定态光波叠加形成非定态光;

? 3. 不同频率单色光是非相干的. 光强 随时间变化,没有稳定的光强分布

25 26 3. 普通光源发光的微观机制和特点 发光机制:原子和分子(微观客体)内部的能量改变特点: 不同原子或分子所发射的波列在振动方向和位相上相互独 立,没有联系,而且每个原子或分子发光的持续时间极短

27 几个重要的时间间隔: i) 光扰动的时间周期:T~10?15? ii)实验观测的时间(人眼的响应时间):τ~10?1? iii)探测器响应时间:??~10?9? 由于τ ? ?? ? ? ,实际观察(仪器接收),得到的都不可能是 某一瞬间的扰动分布,而只能是扰动强度的时间平均值,即强 度. 相干光源和非相干光源: 两光源间有固定的位相差,因而按振幅进行迭加,那么它们称 为相干光源;

而若两光源之间没有固定的位相差,因而按强度进行迭加,则 称为非相干光源.

28 4. 干涉的反衬度(contrast) [干涉可见度,visibility] 反衬度(可见度): 暗纹全黑,干涉条纹反差最大 暗纹非全黑 完全无暗纹,无干涉 对于两束光的干涉:

29 30 作业: p.169: 1, 2,

3 31 3-02 两个点源的干涉

1 两列球面波的干涉

2 杨氏(T. Young,1801)双缝实验

3 两束平行光的干涉,空间频率的概念

32 1. 两列球面波的干涉 两个点光源发出球面波,在场点P相遇. 可设初相位均为零 光程差 如果在真空中 干涉相长 干涉相消 j=0,(+/-)1,2,3,4,…… ,干涉级数

33 交错的亮条纹和暗 条纹在空间形成一 系列双叶旋转双曲 面.在平面接收屏 上为一组双曲线, 明暗交错分布. 干涉条纹为非定域 的,空间各处均可 见到.

34 干涉条件??相干光的获得 ? 1. 普通光源是热辐射或自发辐射 ? 2. 单位时间内发出大量随机的波列 ? 3. 所发出的波列之间相位无关联 ? 3. 即使波长相等,也是非相干的 定态光波场中,任意的两列波之间的相位差都是稳定的;

但是,由于波场中有无数的波列,相位可以取任意值, 总的效果,相位所起的作用被抵消了,即干涉项消失了

35 ? 所有光波叠加,不同波列间 可任意取值 ? 对于其中标记为m、n 的任意两列定态光波,叠加后 ? 对于波场而言,干涉项消失 ? 各处光强平均,没有明暗分布,没有干涉 ? 这就是普通光源发光过程无法控制的结果 ? 光源中大量的原子,随机发光.不同原子发出的光波是不 相干的. ? 同一原子在不同时刻所发出的光波也是不相干的.

36 自己与自己相干 ? 如果只有不是很多的一些波列,则干涉是 可以实现的,但实际上做不到 ? 将每一列波都分为几部分,这几部分是相 干的,是相干叠加,可以实现干涉 ? 自己与自己干涉

37 杨氏干涉 ? 挡板上的孔、缝将一列波分成了几列 ? 是相干的,进行干涉

38 将每一列波都分成相干的几部分 干涉项≠0 相干叠加

1 2 同一装置,所有波列 相位差相等

39 40

41 2.杨氏(T. Young,1801)双缝实验 点光源 (线光源) 单色光 双点 (平行双缝) 探测器,屏1801年,英国科学家托马斯.杨(Thomas Young)设计实验演示 光的干涉---杨氏双缝干涉实验(Double-slit experiment)

42 2.杨氏(T. Young,1801)双缝实验 实验装置的一般参数: 双孔间隔: ?~0.1 ? 1?? 横向观察范围: ??~1 ? 10?? 幕与双孔的距离: D~1 ? 10? 点源与接收场都满足傍轴条件: ?2 ? ?2, ??

2 ? ?2 ? 轴外物点和 场点都满足 近轴条件 ? 可以求得发 出的光波在 屏上的复振 幅43 近轴条件下点光源在接收屏上的复振幅分布 两列波在P点的振幅 A/D 两列波在P点的相位 kr