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1、第三篇光學,引言： 研究對象： 光學分科：,光學是研究光的傳播以及它與物質相互作用 問題的學科。光學通常分為以下三個部分：, 幾何光學：以光的直線傳播規(guī)律為基礎， 主要研究各種成象光學儀器的理論。, 波動光學：研究光的電磁性質和傳播規(guī)律， 特別是干涉、衍射、偏振的理論和應用。, 量子光學：以光的量子理論為基礎， 研究光與物質相互作用的規(guī)律。,波動光學和量子光學，統(tǒng)稱為物理光學。,3,第11章 幾何光學的基本概念,第12章 光的干射,第13章 光的衍射,第14章 光的偏振,第15章 光與物質的相互作用,第十一章 幾何光學,11.1 幾個重要的基本概念,11.2 物和像,11.
2、3 薄透鏡成像,11.1 幾何光學的基本概念,1. 光學長度與光程,光學長度定義,媒質中的幾何長度與所經(jīng)過的介質折射率的乘積， 被定義為光學長度.,幾種光學長度的計算方式：,1.均勻介質：,2.分區(qū)均勻介質：,3. 變折射率介質：,均勻介質,分區(qū)均勻介質,變折射率介質,,,,,,,光在任一介質中的光學長度，等于光在該時間內在真空中所走的路程。,光學長度的物理意義,光在介質中傳播時從點到點有許多條路徑可走，究竟怎樣走？ 費馬指出：走光學長度取平穩(wěn)值或極值的路徑 即極大值或極小值或等值 例如：反射折射橢圓焦點等,3. 費馬原理,,光學長度的路徑積分：,費馬原理要求：,或：,,,,,,,,Q,P,l
3、0,l1,l2,ln,n (r),3. 費馬原理,光線沿光學長度為平穩(wěn)值的路徑傳播。,用數(shù)學語言表述： 在光線的實際路徑上，光學長度的變分為0。,費馬原理的理解,平穩(wěn)值的含義： 1）極小值 2）極大值 3）常數(shù),,真實光線軌跡的光學長度稱為光程。,光程:,費馬原理導出幾何光學三定律,直線傳播定律,歐氏空間中，兩點之間，直線路徑最短。,反射定律,Q是Q關于反射面的對稱點。,,,QMP是光程最小的路徑,,,,,,Q,P,,,,,,,,,,,,,,Q,P,M,M,A,B,II,n1,n2,S,,,,,,,折射定律,1. 入射點的確定 共面,,,2.確定M點在直線AB上的具體位置,x,費馬原
4、理要求：,,4可逆性原理：按原路返回,5透鏡不會產(chǎn)生附加光程差,物點到象點（亮點）各,在干涉和衍射裝置中經(jīng)常要用到透鏡，,光線經(jīng)過透鏡后并不附加光程差。,焦點 F、F 都是亮點，,說明各光線在此同相疊加。,而 A、B、C 或 a、b、c,都在同相面上。,光線之間的光程差為零。,說明 AF，,各光線等光程。,或 AF，,11.2 物和像,P是入射光束的交點（中心）稱物（物點） P出射光束的交點（中心）稱像（像點）,具有一定形狀與體積的物體是無數(shù)物點的集合，相應的像也是無數(shù)像點的集合,入射光是以P為中心的同心光束.經(jīng)透鏡后出射光束是以P為中心的同心光束,我們稱透鏡使P成像于P,物和像是相對某光學系
5、統(tǒng)而言的,,,,,,,,,,,,,P,P,,,一.實像與虛像,光束經(jīng)光學系統(tǒng)后,若出射光束是匯聚的,則匯聚點稱為實像點或實像.,實像,,,,,,,,,,,,P,P,,,,,,,,,,,,,,P,,,,,,,,P,光束經(jīng)光學系統(tǒng)后,若出射光是發(fā)散的,且光束的反向延長線匯聚一點，,該點稱虛像點或虛像.,虛像,,,,,,,,,,,P,,,,,,P,,,,,,,,,,,,,P,,,,,,,P,,,二.實物與虛物,實物,若入射光束是發(fā)散的,相應發(fā)散光束的中心稱做實物,虛物,若入射光束是會聚的,相應的會聚中心稱做虛物,11.3 薄透鏡成像,凸透鏡,,凹透鏡,薄透鏡：透鏡厚度與其球面曲率半徑比可略，即薄透鏡
6、兩球面頂點可視為重合,一.薄透鏡,薄透鏡：透鏡厚度與其球面曲率半徑比可略，即薄透鏡兩球面頂點可視為重合于O點,該點即為透鏡的光心,主軸:兩球面曲率中心連線稱透鏡的主軸,若光心兩邊介質折射率相同,則通過光心的光線不改變光束方向.,,,O,,,副軸:通過光心的任意直線稱透鏡的副軸,副軸,主軸,,,,,,,,,,F,,平行主軸的平行光束入射時,經(jīng)透鏡折射后匯聚點F稱象方焦點,OF（f ）稱象方焦距,同理可得物方焦點和焦距（f）,,,平行主軸入射的光線,其出射光線必經(jīng)過F點; 平行主軸的出射光線,其入射光線必經(jīng)過F點.,二.薄透鏡(凸透鏡)的焦距和焦平面,從光心到焦點若沿光傳播方向,焦距為正;逆著光傳
7、播方向,焦距為負.,,f ,,,與副軸平行的光束射向透鏡后匯聚于象方焦平面上一點,由物方焦平面上一點射出的光，經(jīng)透鏡后成為一束平行副軸的平行光,焦平面: 過F和F分別作一平面垂直于主軸,該兩平面分別稱為物方和象方焦平面,A1 ,A2 ,A3 各點到F點的各光線的光程相等,等光程性,透鏡不改變光程差,三.薄透鏡的成像位置,1.高斯公式,兩邊介質不同,兩邊介質相同,2. 作圖法,作圖法求物像關系時，利用如下三條光線的共軛光線：,物像方折射率相等，通過光心O的光線，經(jīng)透鏡后方向不變。 通過物方焦點F的光線，經(jīng)透鏡后平行于光軸； 平行于光軸的光線，經(jīng)透鏡后通過像方焦點。,凸透鏡,凹透鏡,軸外點作圖法,
8、,,P,O,P,F,F,,,,,,,,,,,,,,P,O,P,F,F,,,,,,,,,,,,,,,,,,軸上點作圖法： （或任意一條光線）,利用平行入射光線將會聚 于焦面的性質。,,,J,O,Q,F,,,,,,,,,Q,M,P,,,凸透鏡,,J,O,Q,F,,,,,,,,Q,M,P,,,,,波 動 光 學,光的干涉、光的衍射、光的偏振。,光 的 干 涉,（Interference of light）,第1章,一干涉現(xiàn)象,水波干涉,光的干涉,,分波面法：從同一波面取光。,楊氏雙縫干涉實驗裝置,,,二者為相干波，,、 分別發(fā)出柱面波，在兩波相遇的空間， 每一點的合振幅都由疊加原理給出,,雙 鏡
9、,白光入射,單色光入射,肥皂膜的等厚干涉條紋,等傾條紋照片,形狀：,一系列同心圓環(huán),條紋間隔分布：,內疏外密,條紋級次分布：,內高外低,光的本質是什么？,人們的認識過程 波粒子波波粒二象性 光波是什么波？ 電磁波 波動方程如何表示？,光強度,單位時間內，通過某單位橫截面的電磁場能量， 即能流密度的大小，定義為光強度。,,能流密度的大小在極大值和極小值之間作周期性變化。 由于光波的頻率很高，它的瞬時值實際上很難測量， 因此一般采用能量密度的平均值作為光強度的定義：,,一般用平均能量密度的相對大小，表示光強度：,,光強度正比于電磁波中 電場強度振幅的平方,,,疊加原理,諸波相遇的媒質中的點的振動
10、， 是各波單獨傳播時在該點引起的振動的矢量合成。,,,,,,,,,,干涉條件,,,兩列到達 點的光波的電矢量,將 與 的合成振動矢量 分解,,,在 點的光強度,,它與時間無關， 對于空間各點位置的依賴性與單個點光源類似， 不會引起光強度的重新分布。,,,,,,是兩個同方向簡諧振動的合成， 其和振動的振幅平方為,,相位差：,,,,由于相位差隨時間改變， 光強應是 在一個周期內的平均值,,,在兩列波交疊區(qū)域的 點的總光強為,,,,,,,,,和 分別為光源 和 單獨在 點的光強， 它們都不隨時間改變。然而，在第三項中， 盡管 是不隨時間改變的， 但 卻是隨時間和空間位
11、置改變的， 計算空間某一點 的光強時，須將其對時間平均。,第三項與兩個光源頻率 和 、初相位 和 、 以及空間點的位置和波所經(jīng)過的介質有關。,第三項決定了空間各點實際光強的差異， 可以引起光強在空間的重新分布， 它是我們感興趣的項，稱為干涉項。,,1 非相干疊加,（1）,,,,（2）,,（3）初相差 不恒定,,,當兩光波電矢量（或者說振動方向）相互垂直， 或兩光波頻率不相等，或兩光波的初相差不恒定， 這三種情況之一存在時，干涉項都為零。 干涉項都為零時波的疊加，稱為非相干疊加。,,2 相干疊加,,,,在 ， ，初相差恒定的情況下,,,,兩光波在 點的相位差,
12、,,,,光強極大（相長干涉）：,,,光強極?。ㄏ嘞缮妫?,若,若,,,,,,,,,,若 ，即 ， 則 ， ， 在這種情況下，干涉圖樣的明暗對比度最大， 干涉效果最好。,干涉圖樣（條紋） 可反映光的全部信息（強度，相位）， 是光信息存儲（全息照相）的物理基礎。,4 相干條件,兩束光波產(chǎn)生干涉的條件為： (1)頻率相同； (2)相位差恒定； (3)光矢量振動方向平行。,其中頻率相同是任何波產(chǎn)生干涉的必要條件， 至于第(3)條，只要光矢量振動方向不相互垂直， 滿足條件(1)和(2)，原則上都能觀察到干涉現(xiàn)象。 不過，在其它條件不變的情況下， 光矢量
13、振動方向愈接近平行，干涉效果也愈明顯。 相位差恒定是保證干涉圖樣穩(wěn)定所必須的。 對普通光源，至少條件(2)是不能滿足的， 因此，要觀察到光的干涉，必須對光源作特殊安排。,5 普通光源獲得相干光的途徑,由于激光的出現(xiàn)，使光源的相干性大大提高， 現(xiàn)已能實現(xiàn)兩個獨立激光束的干涉。 快速光電接收器件的出現(xiàn)， 使人們可以看到比過去短暫得多的干涉現(xiàn)象。,二 雙縫干涉實驗裝置,在觀察屏上，形成明暗相間的干涉條紋。 當前后移動觀察屏時，條紋間距變化。 當觀察屏離光源較遠時，條紋是等間距分布的。,減弱,相長干涉（明）,（k = 0,1,2）,三 光強分布,1 光程差：,,,光程差,,相位差,,2 干涉條紋角位置
14、,,（1）,形成明亮條紋的中心,（2）,,形成暗紋的中心,,相位差或者光程差為其他值的各點， 光強介于最明與最暗之間。,（3）,,,3 干涉條紋線位置,,（1）,形成明亮的條紋 中心,（2）,,形成暗紋中心,,相位差或者光程差為其他值的各點， 光強介于最明與最暗之間。,（3）,,,,,,,明紋,暗紋,條紋間距：,4 條紋間距,5 實驗裝置處于介質中,,明條紋中心位置：,,暗條紋中心位置：,,條紋間距：,,,中央明條紋,,第一級明條紋,白光入射的楊氏雙縫干涉照片,如果用白光做實驗， 除了中央明紋的中部因各單色光重合而顯示為白色外， 其他各級明紋的極大所出現(xiàn)的位置錯開而變成彩色的光譜， 并且各
15、種顏色級次稍高的條紋將發(fā)生重疊以致模糊一片。 白光干涉條紋的這一特點 在干涉測量中可用來判斷是否出現(xiàn)了零級條紋。,6 白光入射,（1）一系列平行的明暗相間的條紋；,（3）中間級次低，兩邊級次高；,明紋： k ，k =1，2（整數(shù)級）,暗紋： (2k+1)/2 （半整數(shù)級）,（4）,總結：條紋特點：,（2） 不太大時條紋等間距；,白光入射時，0級明紋中心為白色,（可用來定0級位置），,其余級明紋構成彩帶，,第2級開始出現(xiàn)重疊,（某條紋級次 = 該條紋相應的 之值）,明紋,紅光入射的楊氏雙縫干涉照片,二 雙縫干涉光強分布,若,其中,,則,,波長不同條紋間距不同,例一：波長 的單色光射在
16、 的雙縫上，屏到雙縫的距離 。求：,,相鄰干涉條紋的間距？,若將整個裝置侵入某折射率為 的液體中，則相鄰干涉條紋的間距多大？,解：,思考：用兩條平行的細燈絲作為楊氏雙縫實驗中的光源，能否觀察到干涉條紋？,若在雙縫后分別放置一紅色和綠色濾光片，又怎樣？,,三 洛埃鏡,半波損失 ：光從光速較大的介質射向光速較小的介質時反射光的相位較之入射光的相位躍變了 ， 相當于反射光與入射光之間附加了半個波長的波程差，稱為半波損失.,,,,P,,M,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,D,,直射光光程,？,思考： 與楊氏雙縫實驗比干涉條紋有哪些相同、不同之處？,,,,解:
17、 (1) 由明紋條件,以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上, 雙縫與屏幕的垂直距離為1m. (1)從第一級明紋中心到同側的第四級明紋中心間的距離為7.5mm,求單色光的波長;(2)若入射光的波長為600nm,求相鄰兩明紋間的距離.,例 題1.,,雙 鏡,一 薄膜干涉, 日常中見到的薄膜干涉： 肥皂泡上的彩色、 雨天地上油膜的彩色、 昆蟲翅膀的彩色。 膜為何要薄？ 光的相干長度所限。 膜的薄、厚是相對的， 與光的單色性好壞有關。,L,,薄膜干涉,薄膜干涉是 分振幅干涉,光強與光矢量振幅 的平方成正比,反射光的光程差,,加 強,減 弱,透射光的光程差,注意：透射光和反射光
18、干涉具有互 補 性 ，符合能量守恒定律.,一、點光源照明時的干涉條紋分析,L,,,f,P,0,r環(huán),,r,A,C,,,,D,,2,1,S,光束1、2的光程差：,得,,,,膜厚均勻（e不變）,,又,,B,,二等傾條紋,或,明紋,暗紋,形狀：,一系列同心圓環(huán),r環(huán)= f tg i,條紋間隔分布：,內疏外密（為什么？）,條紋級次分布：,內高外低,波長對條紋的影響：,膜變厚，環(huán)紋擴大：,i相同的光線對應同一條干涉條紋 等傾條紋,即傾角,當k ( k) 一定時，,i也一定，,等傾條紋照片,形狀：,一系列同心圓環(huán),條紋間隔分布：,內疏外密,條紋級次分布：,內高外低,二 、面光源照明時，干涉條紋的分析,只要
19、 i 相同，都將匯聚在同一個干涉環(huán)上,（非相干疊加），,因而明暗對比更鮮明。,,觀察等傾條紋的光路和實驗裝置,對于觀察等傾條紋，沒有光源寬度和條紋,對比度的矛盾 !,,,,例題,白光照射空氣中的平行薄膜，已知h=0.34m，n=1.33 問：當視線與膜法線成 60o 和 30o 時觀察點各呈什么顏色 ？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,解,,,,對于復色光源，由于其中一種波長為 的光 滿足干涉相長，形成明條紋的入射角 ； 另一波長為 的光不一定相干加強， 也就是說，不同波長的光， 同一級明條紋對應不同的入射角、反射角， 于是形成彩色
20、條紋。 雨后我們曾見過的街面地上有一些彩色的圖案， 這就是陽光照射浮在水面上的油膜， 形成復色光的等傾下涉造成的現(xiàn)象。,三、 等厚干涉,以確定角度的平行光照射厚度不等的薄膜而產(chǎn)生的干涉，稱之為等厚干涉。,特殊情況：單色光垂直膜表面入射，且薄膜的劈尖角很小，稱之為劈尖干涉。,、 劈尖干涉,夾角很小的兩個平面所構成的薄膜叫劈尖。,1、2兩束反射光,來自同一束入射光，,它們可以產(chǎn)生干涉。,反射光1,,單色平行光垂直入射,,,,,,,e,n,n,n,,A,反射光2,(設n n ),所以反射光1、2的,明紋：,暗紋：,同一厚度e對應同一級條紋 等厚條紋,實際應用中大都是平行光垂直入射到劈尖上。,程差可簡
21、化計算。,考慮到劈尖夾角極小，,反射光1、2在膜面的光,光程差為,在A點，反射光1有半波,損失，,,1）劈尖,為暗紋.,光程差為,3）條紋間距（明紋或暗紋）,2）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差,,1 劈尖（劈形膜）,夾角很小的兩個平面所構成的薄膜叫劈尖。,明紋：,,條紋間距：,等厚干涉條紋,劈尖,不規(guī)則表面,白光入射,單色光入射,肥皂膜的等厚干涉條紋,每一條紋對應劈尖內的一個厚度，當此厚度位置改變時，對應的條紋隨之移動。,4 ）干涉條紋的移動,,劈尖干涉的應用,N為條紋移動的數(shù)目,,,,3）檢驗光學元件表面的平整度,平面上有凹坑,4）測細絲的直徑,,二 牛頓環(huán),由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成,光程
22、差,,牛頓環(huán)實驗裝置,牛頓環(huán)照片,白光入射的牛頓環(huán)照片,暗紋,光程差,,3）應用例子:可以用來測量光波波長， 用于檢測透鏡質量，曲率半徑等.,1）從反射光中觀測，中心點是暗點還是亮點？,2）屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？,從透射光中觀測，中心點是暗點還是亮點？,測量透鏡的曲率半徑,例2 用氦氖激光器發(fā)出的波長為633nm的單色光做牛頓環(huán)實驗，測得第 k 個暗環(huán)的半徑為5.63mm , 第 k+5 暗環(huán)的半徑為7.96mm，求平凸透鏡的曲率半徑R.,解,增透射膜、增反射膜干涉濾光片,,,利用薄膜干涉的原理，能制成增透膜、高反射膜 和干涉濾光片等。 例如，在光學元件的透光表面上，用真空鍍膜
23、等方法 敷上一薄層透明膠。 選擇透明膠薄膜的折射率介于空氣和光學元件之間， 于是在膜層的光學厚度為 時， 薄膜上下表面反射的兩束光相干疊加的結果為暗場， 這就使光學元件因反射而造成的光能損失大為減少， 從而增加了光的透射，這就是增透膜。 每種增透膜只對特定波長的光才有最佳的增透作用。 對于助視光學儀器或照相機， 一般選擇可見光的中部波長 來消反射光。 由于該波長的光呈黃綠色， 所以增透膜的反射光呈現(xiàn)出與它互補的藍紫色， 這就是我們平常所看到的照相機鏡頭的顏色。,在光學元件的透光表面鍍上一層或多層薄膜， 只要適當選擇薄膜材料及其厚度， 也可以使反射率大大增加，使
24、透射率相應減小， 這種薄膜稱為高反射膜。 例如，激光器中的高反射鏡， 對特定波長的光的反射率可達99以上； 宇航員頭盔和面甲上都鍍有對紅外線具有高反射率的多層膜， 以屏蔽宇宙空間中極強的紅外線照射。 此外，精心設計和制備的多層膜， 還能做到只讓較窄波長范圍的光通過， 可用來從白光中獲得特定波長范圍的光。 這種多層膜，稱為干涉濾光片。,環(huán)外擴：要打磨中央部分,環(huán)內縮：要打磨邊緣部分,牛頓環(huán)在光學冷加工中的應用,例116：,求：若用白光垂直照射，反射光呈什么顏色？,解：,黃綠光,,已知空氣中一水膜，,用波長為的單色光垂直照射牛頓環(huán)裝置，若使透鏡慢慢上移到原接觸點間距離為d，視場中固定點可觀察
25、到移過的條紋數(shù)目為多少根？,分析：,光程差改變 ，條紋移過 1 根； 平移 d，L = 2d；移過 N= 2d/ ,例題118,例2 用氦氖激光器發(fā)出的波長為633nm的單色光做牛頓環(huán)實驗，測得第 k 個暗環(huán)的半徑為5.63mm , 第 k+5 暗環(huán)的半徑為7.96mm，求平凸透鏡的曲率半徑R.,解,總結,1）干涉條紋為光程差相同的點的軌跡，即厚度相等的點的軌跡,2）厚度線性增長條紋等間距，厚度非線性增長條紋不等間距,,,,3）條紋的動態(tài)變化分析（ 變化時）,4 ）半波損失需具體問題具體分析,邁克耳孫干涉儀,邁克耳孫在工作,邁克耳孫（A.A.Michelson）,因創(chuàng)造精密光學儀器，用
26、以進行光譜學和度量學的研究，并精確測出光速，獲1907年諾貝爾物理獎。,美籍德國人,全息照相實驗、,邁克耳孫干涉儀至今仍是許多光學儀器的核心。,愛因斯坦贊譽道：,“我總認為邁克耳孫是科學中的藝術家，,最大樂趣似乎來自實驗本身的優(yōu)美,的精湛，,和所使用方法,他從來不認為自己在科學上是個嚴格的,專家，,事實上的確不是，,他的,但始終是個藝術家?！?重要的物理思想,巧妙的實驗構思,精湛的實驗技術, 科學中的藝術,許多著名的實驗都堪稱科學中的藝術，,如：,吳健雄實驗、,施蓋實驗等等。,,單色光源,反射鏡,反射鏡,邁克爾遜干涉儀的應用,,光程差,反射光的光程差,,反射鏡,,反射鏡,單色光源,,,邁克爾孫
27、干涉儀的主要特性,兩相干光束在空間完全分開，并可用移動反射鏡或在光路中加入介質片的方法改變兩光束的光程差.,移動反射鏡,干涉條紋的移動,當 與 之間距離變大時 ，圓形干涉條紋從中心一個個長出, 并向外擴張; 距離變小時，圓形干涉條紋一個個向中心縮進.,,插入介質片后光程差,光程差變化,介質片厚度,光程差,解,12.3 光的時空相干性,問題的提出,在雙縫干涉 薄膜干涉 等傾干涉 等厚干涉等干涉實驗中，我們一直強調光源是點光源 是單色光 縫是狹縫，但實際情況并非這樣。實際上 ，光源是有一定大小 ，縫是有一定寬度，光是準單色的。這將對干涉會產(chǎn)生什么影響呢？這是我們今天要討論的問題。 為什么是薄膜
28、干涉？厚膜能否發(fā)生干涉 討論時，我們分開討論 1光源仍然為點光源，非單色---時間相干性 2.光源為非點光源，單色 空間相干性,減弱,相長干涉（明）,（k = 0,1,2）,牛頓環(huán)實驗裝置,,單色光源,反射鏡,反射鏡,,光的時間相干性,一、光的非單色性,1、理想的單色光,2、實際光束： 準單色光,,,,,,,光強降到一半時曲線的寬度 譜線寬度 ,,準單色光：在某個中心波長（頻率）附近有一定波長（頻率）范圍的光。,,（1）自然寬度,,Ej,Ei,Ei,3、造成譜線寬度的原因,,,,（2） 多普勒增寬,（3） 碰撞增寬,,,,,,,,,Ej,二、非單色性對干涉條紋的影響,設能產(chǎn)生干涉的最大級次為
29、kM ，,又,則有,,,三 、相干長度與相干時間,1、相干長度,兩列光波能發(fā)生干涉的最大光程差叫相干長度。,：中心波長,才能發(fā)生干涉。,波列長度就是相干長度：,相干長度,能干涉,不能干涉,只有同一波列,分成的兩部分，,經(jīng)過不同的路,程再相遇時，,普通單色光：,激光：,（實際上，一般為10 -1 101m）,（理想情況）,光通過相干長度所需時間叫相干時間。,2、相干時間,的長短來衡量的。,光的單色性好，,相干時間,時間相干性也就好。,時間相干性的好壞，,就是用相干長度M,（波列長度）,或相干時間,（波列延續(xù)時間）,相干長度和相干時間就長，,,光的時間相干性.MPG,邁克爾遜干涉儀中可移動反射鏡能
30、移動很遠嗎？,,四、空間相干性的概念,,,光的空間相干性.MPG,四、空間相干性的概念,光源寬度對干涉條紋對比度的影響,1、極限寬度,當光源寬度b增大到某個寬度b0時，,紋剛好消失：,干涉條,D d ：,R b0 、d ：,b0稱為光源的極限寬度，,,其計算如下：,此時L端的一級明紋中心在,一級明紋：,為觀察到較清晰的干涉條紋通常取,d,,D,R,,,,,,,,極限寬度,,b0,,,,,,,光源的極限寬度,時，才能觀察到干涉條紋。,為觀察到較清晰的干涉條紋通常取,,,,為了更清楚地觀察到干涉條紋， 還可以在光源 與雙狹縫 、 之間 再放置一個單狹縫，限制光源 的寬度。,3 相干間隔,
31、R一定時，d0 越大，光場的空間相干性越好。,由,則要得到干涉條紋，,必須,。,令, 相干間隔,d0,若 b 和 R一定，,相干間隔d0 是光場中正對光源的平面上能夠,產(chǎn)生干涉的兩個次波源間的最大距離。,4 相干孔徑角,相干孔徑角, 0 越大空間相干性越好。,在0 范圍內的光場中，正對光源的平面上 的任意兩點的光振動是相干的。,相干孔徑角來代替。,相干間隔也可以用, d0 對光源中心的張角,1.時間相干性和空間相干性通常是同時存在的。 2.時間相干性影響高級條紋，零級附近總能看到。 3.空間相干性影響所有條紋，即使單色性非常好。,三 時間相干性與空間相干性的特點, 普通單色光源分波面干涉 受到光源寬度的限制， 存在條紋亮度和襯比度的矛盾。 而激光光源則不受以上限制。,相干孔徑角：, 0 越小空間相干性越好。,在0 范圍內的光場中，正對光源的平面上 的任意兩點的光振動是相干的。,普通單色光源分波面干涉受到光源寬度的限制，,不受以上限制。, d0 對光源中心的張角。,存在條紋亮度和對比度的矛盾。,而激光光源則,2、相干孔徑角,
2012大學物理二第三篇光學第11章幾何光學和第12章光的干涉.ppt
