光学(第三章--分波前干涉和空间相干性).ppt
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光学(第三章--分波前干涉和空间相干性).ppt
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光学,2008年10月,参考教材赵凯华编著:
新概念物理学光学,空间相干性和时间相干性,分波前干涉法,分振幅干涉法,将点光源的波前分割为两个部分,使之分别通过两个光组,经折射、反射或衍射后再交迭起来。
当满足一定条件时,在一定区域发生干涉。
当一束光入射到两种介质分界面上时,光振幅将被分解为反射分量和折射分量,使之分别通过两个光组,经折射、反射或衍射后再交迭起来。
当满足一定条件时,在一定区域发生干涉。
由于光源各个点的发光是随机的,同时每一个点发的光波的波列的长度是有限的,这样都会影响光的干涉。
光场的空间相干性与扩展光源各个点的发光性质有关,时间性与某个光点发光性质有关。
第四节分波前干涉与光的空间相干性,1分波前干涉的光强分布和条纹的特征,光强分布:
两个点光源干涉傍轴近似时位相差:
式中d为参与干涉的两个点光源间的距离,D是参与干涉的两个点光源与观察屏之间的距离,x是观察屏P点的坐标,条纹间隔:
问题:
对于各种分波前干涉装置,d和D各是什么?
第四节分波前干涉与光的空间相干性,2各种分波前干涉装置,杨氏双孔干涉,参数:
双孔间隔d,,双孔与观察屏的距离D,点光源与双孔距离R,第四节分波前干涉与光的空间相干性,位相差,光程差,菲涅耳双棱镜干涉,2各种分波前干涉装置,参数:
棱角,点光源与棱镜的距离B,棱镜与观察屏距离C,棱镜的偏向角:
双象之间的距离d=?
第四节分波前干涉与光的空间相干性,菲涅耳双面镜干涉,第四章干涉的应用,参数:
点光源与双镜交线的距离r,双像与观察屏的距离D,2各种分波前干涉装置,一、分波前干涉原理,双面镜的夹角,双象之间的距离d=?
劳埃镜干涉,2各种分波前干涉装置,参数:
点光源与反射镜的垂直距离a,点光源与观察屏距离D,d,点源与象之间的距离d=?
注意:
半波损失问题!
第四节分波前干涉与光的空间相干性,3光场的空间相干性,1)光源的移动对干涉条纹的影响,设光源移动s,R1和R2不再相等,光程差修订,第四节分波前干涉与光的空间相干性,R2,R1,r2,r1,与s有什么关系?
假设sR1和R2,dR1和R2,R,3光场的空间相干性,1)光源的移动对干涉条纹的影响,设光源移动s,R1和R2不再相等,光程差修订,可以证明:
第四节分波前干涉与光的空间相干性,R2,R1,r2,r1,R,3光场的空间相干性,1)光源的移动对干涉条纹的影响,此时,在观察屏幕上干涉条纹有什么变化?
零级发生在观察屏上什么的地方?
第四节分波前干涉与光的空间相干性,R2,R1,r2,r1,3光场的空间相干性,1)光源的移动对干涉条纹的影响,在观察屏幕上零级发生在:
的地方,即:
设此时零级在观察屏上位置为x,则有,第四节分波前干涉与光的空间相干性,R2,R1,r2,r1,R,3光场的空间相干性,1)光源的移动对干涉条纹的影响,第四节分波前干涉与光的空间相干性,所以,R2,R1,r2,r1,R,3光场的空间相干性,1)光源的移动对干涉条纹的影响,第四节分波前干涉与光的空间相干性,3光场的空间相干性,1)光源的移动对干涉条纹的影响,若上述各个点光源同时存在,将会发生什么现象?
当点光源扩展到多大的时候,干涉条纹消失?
如果x等于干涉条纹的间距,s为多少?
第四节分波前干涉与光的空间相干性,3光场的空间相干性,2)光场的空间相干性,形成对比度不为零的干涉条件:
空间相干线度范围,空间相干角度范围,第四节分波前干涉与光的空间相干性,如果光源的线度b已经确定,那么,双孔的间距为多少时才能产生干涉现象?
假设两个点光源干涉时,A1=A2=A,干涉条纹分布可以写成,位相差,或,干涉条纹对比度,3光场的空间相干性,3)干涉条纹的对比度与光场的空间相干性的关系,第四节分波前干涉与光的空间相干性,对于单色光源,设其在双孔方向的长度为b,观察屏上某点的干涉强度正比于所有点光源产生的干涉迭加:
3光场的空间相干性,3)干涉条纹的对比度与光场的空间相干性的关系,第四节分波前干涉与光的空间相干性,干涉条纹的对比度:
当对比度下降为零时,bd/R=1,此时:
这就是产生干涉对面光源大小的要求,3光场的空间相干性,3)干涉条纹的对比度与光场的空间相干性的关系,第四节分波前干涉与光的空间相干性,薄膜干涉的装置与特点,一束光入射到透明媒质薄膜上,薄膜的上下两个表面对光的振幅分解,两个表面的反射光在空间相遇时将发生干涉;两个表面的透射光相遇时也同样会发生干涉。
薄膜干涉可分为两种类型:
等厚干涉:
干涉条纹的变化是由于薄膜的厚度引起的,即薄膜厚度相同,干涉条纹相同。
等倾干涉:
干涉条纹的变化是由于入射到薄膜上光线倾角决定的,即入射角相同,干涉条纹相同。
1薄膜干涉的概况,第五节薄膜干涉,等厚干涉的实现,由于薄膜的厚度是不均匀,上下两个表面反射的光不平行,在相交的区域发生干涉产生干涉条纹,干涉条纹的定域从薄膜表面附近一直延伸到无穷远,当人眼观察薄膜时,看到的干涉条纹是薄膜表面附近的干涉条纹,1薄膜干涉的概况,第五节薄膜干涉,P,1薄膜干涉的概况,等倾干涉的实现,薄膜的厚度是均匀的,上下两个表面反射的光平行出射,经透镜会聚以后在焦平面上发生干涉产生干涉条纹,干涉条纹的定域是无穷远,当人眼观察薄膜时,看到的干涉条纹可以看成是薄膜表面附近的干涉条纹,实际上是经过眼睛聚焦的。
第五节薄膜干涉,P,2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征,光强分布:
位相差:
这里P是观察点。
A1是薄膜第一表面反射光到达P点的振幅,A2是薄膜第二表面反射光再经第一表面折射到达P点的振幅,L是两束光的光程差,可以看出,P点的光强取决与光程差,第五节薄膜干涉,2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征,下面首先考虑P点位于薄膜表面的情况。
可以证明其它点的光程差与在薄膜表面的光程差一致。
几种情况的光程差,C,A,P,B,C,A,P,B,D,C,A,P,B,C,A,P,B,D,n1,n1,n2,n1,n1,n2,n1,n1,n2,n1,n1,n2,第五节薄膜干涉,2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征,设入射角为i1,折射角为i2,第五节薄膜干涉,2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征,设入射角为i1,折射角为i2,所以:
注意:
在有些时候必须考虑半波损失!
此时:
第五节薄膜干涉,2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征,P点光强极大条件:
P点光强极小条件:
第五节薄膜干涉,亮纹处薄膜的厚度为:
相邻亮纹对应薄膜的厚度差,第五节薄膜干涉,等厚干涉垂直入射时P点光强极大条件(i1=i2=0,):
第k级亮纹处薄膜的厚度为:
相邻条纹的厚度差,如果在视场中有N个条纹,视场中劈尖厚度差是多少?
2薄膜干涉的光强分布和条纹的特征,3等厚干涉的光强分布和条纹的特征,等厚干涉条纹,薄膜厚度连续变化时,条纹的变化,等厚干涉条纹,薄膜楔角连续变化时,条纹的变化,随着厚度的变化,条纹将移动,但条纹间距不变。
厚度每增加半个媒质内的波长,条纹就移动一个间距。
随着楔角的变化,条纹将发生疏密变化。
第五节薄膜干涉,演示文件frmv.m,wgh,演示文件frmv.m,wga,
(1)线度的测量,
(2)表面光洁度的检测,(3)干涉膨胀计,4等厚干涉的实现和应用,第五节薄膜干涉,第五节薄膜干涉,作业:
P1591603-93-133-153-16,
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- 关 键 词:
- 光学 第三 分波前 干涉 空间相干性