光的干涉-知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

第二章光的干涉知識(shí)點(diǎn)總結(jié)光的干涉現(xiàn)象兩束(或多束)光在相遇的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生相干疊加,各點(diǎn)的光強(qiáng)不同于各光波單獨(dú)作用所產(chǎn)生的光強(qiáng)之和,形成穩(wěn)定的明暗交替或彩色條紋的現(xiàn)象,稱為光的干涉現(xiàn)象。干涉原理注：波的疊加原理和獨(dú)立性原理成立于線性介質(zhì)中,本書主要討論的就是線性介質(zhì)中的情況.(1)光波的獨(dú)立傳播原理當(dāng)兩列波或多列波在同一波場(chǎng)中傳播時(shí)，每一列波的傳播方式都不因其他波的存在而受到影響，每列波仍然保持原有的特性（頻率、波長、振動(dòng)方向、傳播方向等）(2)光波的疊加原理在兩列或多列波的交疊區(qū)域，波場(chǎng)中某點(diǎn)的振動(dòng)等于各個(gè)波單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生振動(dòng)之和。波疊加例子用到的數(shù)學(xué)技巧：A（2）eiφ注:疊加結(jié)果為光波復(fù)振幅的矢量和，而非強(qiáng)度和。分為相干疊加(疊加場(chǎng)的光強(qiáng)不等于參與疊加的波的強(qiáng)度和)和非相干疊加(疊加場(chǎng)的光強(qiáng)等于參與疊加的波的強(qiáng)度和).波疊加的相干條件干涉項(xiàng)：（1）（1）（2）（3）（干涉項(xiàng)不為零）（為了獲得穩(wěn)定的疊加分布）（為了使干涉場(chǎng)強(qiáng)不隨時(shí)間變化）干涉場(chǎng)的襯比度1.兩束平行光的干涉場(chǎng)（學(xué)會(huì)推導(dǎo)）（1）兩束平行光的干涉場(chǎng)干涉場(chǎng)強(qiáng)分布：亮度最大值處：?φ=2mπ亮度最小值處：?φ=(2m+1)π條紋間距公式?x=空間頻率：?（2）定義襯比度以參與相干疊加的兩個(gè)光場(chǎng)參數(shù)表示：襯比度的物理意義1.光強(qiáng)起伏2.相干度完全相干完全非相干部分相干分波前干涉普通光源實(shí)現(xiàn)相干疊加的方法(1)普通光源特性發(fā)光斷續(xù)性相位無序性各點(diǎn)源發(fā)光的獨(dú)立性根源：微觀上持續(xù)發(fā)光時(shí)間τ0有限。如果τ0無限，則波列無限長，初相位單一，振幅單一，偏振方向單一。這就是理想單色光。(2)兩種方法分波前干涉（將波前先分割再疊加，疊加廣場(chǎng)來自同波源具有相同初始位相）分振幅干涉（將光的能量分為幾部分，參與疊加的光波來自同一波列，保證相位差穩(wěn)定）楊氏雙孔干涉實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)球面波的干涉(1)楊氏雙孔干涉實(shí)驗(yàn)裝置及其歷史意義光程差分析（要會(huì)推導(dǎo)）XZXZ(x,y)當(dāng)當(dāng)Q位于Ｚ軸上時(shí)，R1=R2,則(3)干涉條紋分布(4)非近軸近似下的干涉條紋分布亮條紋和暗條紋在空間形成一系列雙葉旋轉(zhuǎn)雙曲面。在平面接收屏上為一組雙曲線，明暗交錯(cuò)分布。干涉條紋為非定域的，空間各處均可見到。(5)干涉條紋間距公式條紋間距：(６)干涉條紋的物理意義：光程差物理意義：1、干涉條紋代表著光程差的等值線。2、相鄰兩個(gè)干涉條紋之間其光程差變化量為一個(gè)波長l，位相差變化2π。其它分波前干涉裝置（了解，見PPT）光源寬度對(duì)干涉場(chǎng)襯比度的影響（學(xué)會(huì)推導(dǎo)，記住圖即可）擴(kuò)展光源(extendedsourceoflight)具有一定的尺寸和體積大量非相干點(diǎn)源的集合多組干涉條紋的非相干疊加降低襯比度1兩個(gè)分離點(diǎn)源照明時(shí)的部分相干場(chǎng)計(jì)算思路：i先分別求出兩點(diǎn)光源在觀察屏上的光強(qiáng)分布，關(guān)鍵是找到關(guān)系式。ii然后根據(jù)算得各點(diǎn)光源在觀察屏上的光強(qiáng)分布iii由于兩點(diǎn)光源非相干，所以總的光強(qiáng)分布可以直接由兩者場(chǎng)強(qiáng)相加得到。（2）襯比度變化2線光源照明時(shí)的部分相干場(chǎng)計(jì)算思路：i用到1中結(jié)論，IA=并且有ii對(duì)整個(gè)線光源積分：襯比度變化：3面光源照明時(shí)的部分相干場(chǎng)計(jì)算思路與2接近，只是將線積分改為面積分。方孔光源與線光源照明時(shí)形式一樣，區(qū)別在于方孔時(shí)常數(shù)項(xiàng)I0＝B(ab),線光源時(shí)，I0=Bb(3)圓盤光源積分不能得到解析式圓盤光源極限直徑：光場(chǎng)的時(shí)間相干性1.譜線寬度光源有一定譜線寬度是光源發(fā)光的斷續(xù)性造成的。假設(shè)某一微觀粒子輻射出的光波復(fù)振幅可表示為：則廣播強(qiáng)度隨頻率的分布：當(dāng)ω=ω0±?ω2時(shí)，iω=0，?ω=2πτ為該輻射光譜寬度。當(dāng)τ這是一般情況下發(fā)光時(shí)間與譜線寬度的簡單關(guān)系。2.光源非單色性對(duì)條紋襯比度的影響方壘型譜函數(shù)下干涉場(chǎng)的襯比度準(zhǔn)單色光持續(xù)發(fā)光時(shí)間有限，因而發(fā)射的波列長度是有限的，相鄰波列之間相位關(guān)系是隨機(jī)的。光場(chǎng)的空間相干性光場(chǎng)的空間相干性是指在光源照明空間中橫向任意兩點(diǎn)位置處的光場(chǎng)和之間的相干程度，其相干程度是由光源本身的性質(zhì)決定的，可以通過干涉場(chǎng)的襯比度γ來定量描述和之間的相干程度。（1）相干孔徑角：以孔徑角表示襯比度的形式：(4)相干面積分波前干涉應(yīng)用（了解）分振幅干涉薄膜干涉1.等傾干涉光程差：計(jì)算干涉場(chǎng)條紋分布時(shí)只考慮前兩條光線是因?yàn)閮H有前兩條光線的強(qiáng)度較接近。干涉條紋分布僅與入射光線的方向有關(guān)，同一干涉亮環(huán)對(duì)應(yīng)的是同一入射傾角的光線在焦平面上的疊加，正因?yàn)槿绱诉@種干涉被稱為等傾干涉。定域條紋:在單設(shè)擴(kuò)展光源照明平板的分振幅干涉中，干涉條紋的襯比度隨觀察屏的位置而變化，存在一個(gè)位置使襯比度達(dá)到最大值，這種襯比度與觀察屏有關(guān)的干涉條紋稱為定域條紋。分波前干涉是非定域的。等傾干涉第一級(jí)干涉條紋在最外面，越靠近中心處入射角越小，光程差越大，條紋級(jí)次m越大。2．等厚干涉（1）光程差：一般采用垂直入射：cos（2）等厚干涉條紋主要特點(diǎn)：i、表面條紋形狀與楔形板或薄膜的等厚線是一致的。ii、相鄰兩個(gè)亮條紋對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的楔形板厚度差值。等厚干涉條紋的應(yīng)用測(cè)量細(xì)絲直徑測(cè)量機(jī)械零件表面粗糙度此圖說明零件表面有凹陷。牛頓環(huán)法測(cè)量鏡面曲率半徑和表面形狀誤差。輕壓標(biāo)準(zhǔn)模板，可以觀察條紋的吞吐，如果條紋擴(kuò)大，則需研磨中央，否則研磨兩邊。擴(kuò)展光源照明下等厚干涉條紋的特點(diǎn)。擴(kuò)展光源各點(diǎn)源形成的干涉條紋不重合，所以擴(kuò)展光源照明下等厚干涉條紋襯比度下降。幾種分振幅干涉儀及其應(yīng)用。重點(diǎn)掌握Michelson干涉儀多光束干涉多光束干涉的形成結(jié)論：1、低反射率情況下，多光束干涉與雙光束干涉接近。2、高反射率情況下，透射多光束接近不同光強(qiáng)反射率情況下的透射多光束干涉場(chǎng)強(qiáng)與相位差δ的關(guān)系結(jié)論：光強(qiáng)反射率R影響光強(qiáng)曲線的峰值銳度，R越高，銳