波动光学 第3章 光的干涉 2005年秋季学期 陈信义编
波动光学 光的干涉 2005年秋季学期 第3章 陈信义编
光学研究光的传播以及它和物质相互作用。 通常分为以下三个部分: 几何光学:以光的直线传播规律为基础,主要 研究各种成象光学仪器的理论。 波动光学:研究光的电磁性质和传播规律,特别 是干涉、衍射、偏振的理论和应用 量子光学:以光的量子理论为基础,研究光与 物质相互作用的规律。 波动光学和量子光学,统称为物理光学
光学研究光的传播以及它和物质相互作用。 通常分为以下三个部分： 几何光学：以光的直线传播规律为基础， 波动光学：研究光的电磁性质和传播规律， 量子光学：以光的量子理论为基础， 研究各种成象光学仪器的理论。 是干涉、衍射、偏振的理论和应用。 物质相互作用的规律。 主要 研究光与 特别 波动光学和量子光学，统称为物理光学
目录 §31光的相干性 §32双缝干涉及其他分波面干涉实验 §33时间相干性 §34空间相干性 §35光程 §3.6薄膜干涉(一)一等厚条纹 §37薄膜干涉(二)—等倾条纹 §38迈克耳孙干涉仪
§3.1 光的相干性 §3.2 双缝干涉及其他分波面干涉实验 §3.3 时间相干性 §3.4 空间相干性 §3.5 光程 §3.6 薄膜干涉（一） — 等厚条纹 §3.7 薄膜干涉（二） — 等倾条纹 §3.8 迈克耳孙干涉仪 目 录
§31光的相干性 、光源( light source 光源发光,是大量原子、分子的微观过程。 能级、跃迁、辐射、波列 v=(E2-EIWh 波列 持续时间τ~10-8s 能级跃迁辐射 波列长L=τc
§3.1 光的相干性 一、光源（light source） 光源发光，是大量原子、分子的微观过程。 = (E2 -E1 )/h E1 E2 能级跃迁辐射 波列 波列长 L = c • • 能级、跃迁、辐射、波列 持续时间～10－8 s
1、普通光源:自发辐射 独立(不同原子发的光) 独立(同一原子先后发的光) 2、激光光源:受激辐射 E =完全一样(传播方向,频率 y=(E2-E1)/h 位相,振动方向)
2、激光光源：受激辐射 = (E2 -E1 ) / h E1 完全一样 • • E2 1、普通光源：自发辐射 · · 独立（同一原子先后发的光） 独立（不同原子发的光） （传播方向，频率， 位相，振动方向）
二、光的相干性 1、两列光波的叠加GB=B,B<<E,只讨论E E:光矢量令E1∥E2,O1=02= E =10 cos(ot q1) P E2=E20c0s(t+q2) 2E Y E E=El+E2= Eo cos(at+o) 20 E0=E10+E20+2E10 E,0cos△q 9=2-91 191210 I∞E,又1∝Epl2 dC上20 光强分布:=1+12+2步项 COS Aop
二、光的相干性 1、两列光波的叠加 · P · · 1 2 r1 r2 cos( ) 1 = 1 0 +1 E E t cos( ) 2 = 2 0 +2 E E t cos( ) E = E1 + E2 = E0 t + = + + 2 1 0 2 0 cos 2 2 0 2 1 0 2 E0 E E E E =2 −1 , 2 2 2 0 2 1 1 0 2 I E0 又 I E ，I E 1 2 E0 E10 E20 令 E1 // E2 ， 1 = 2 = 2 cos I = I1 + I2 + I1 I2 干涉项 （ B= E c ,B E ，只讨论 E ） E ：光矢量 光强分布： P
非相干光:cs△q=0 I=l1+2-非相干叠加 完全相干光:cos△p=cos△g ●相长干涉(明)△g=±2kπ,(k=0,1,2…) I=Imx=l1+12+2√12 ●相消干涉(暗)△q=±(2k+1)π,(k=0,1,2.) I=lm=1+l2-2√I1l2
非相干光： cos = 0 I =I1+I2 —非相干叠加 完全相干光： cos = cos ⚫相长干涉（明） = 2k π， max 1 2 2 1 2 I = I = I + I + I I （k = 0,1,2…） ⚫相消干涉（暗） = (2k + 1)π， min 1 2 2 1 2 I = I = I + I − I I (k = 0,1,2…)
2、条纹衬比度(对比度,反衬度, contrast) max min 十 max mIn 什I1≠I max mn -4兀-2兀02兀4△q -4π-2兀02兀4π△ 衬比度差(V<1 衬比度好(V=1) 决定衬比度的因素: 振幅比,光源的单色性,光源的宽度 干涉条纹可反映光的全部信息(强度,相位)
1 2 I I 1 2 I I = I -4 -2 0 2 4 4I1 衬比度差 (V < 1) 衬比度好 (V = 1) 振幅比， 决定衬比度的因素： 光源的单色性，光源的宽度 I Imax Imin -4 -2 0 2 4 干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位） 2、条纹衬比度（对比度，反衬度，contrast） max min max min I I I I V + − =
3、由普通光源获得相干光的途径 分波面法:s 两束相干 光在P点 分振幅法: 相干叠加 薄膜
3、由普通光源获得相干光的途径 P S * 分振幅法： ·P 薄膜 S * 两束相干 光在 P 点 相干叠加 分波面法：
§2双缝干涉及其他分波面干涉实验 、双缝干涉 单色光入射 d>>,D>d(d~104m,D~1m) 波程差:8=n2-r1≈dsin≈dtO=d 相位差:△
r1 r 2 x d x D 单色光入射 0 d >> ，D >> d （d 10 -4m， D1m） 波程差： D x = r − r d sin d tg = d 2 1 相位差： 2π = P · §2 双缝干涉及其他分波面干涉实验 一、双缝干涉