第2章光的干涉精选PPT.ppt

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1、第2章光的干涉第5章 光的干涉1第1页，此课件共72页哦第5章 光的干涉22.1.2 光干涉的条件光干涉的条件n两列单色线偏振平面光在P点相遇nP点的光强为 利用向量相加利用向量相加第2页，此课件共72页哦第5章 光的干涉32.1.2 光干涉的条件光干涉的条件n点点P：当当I120时时，II1I2，不不发发生生干干涉涉现现象象，两两波波为为非非相干叠加。相干叠加。nI12决定了干涉是否发生，以及干涉效应是否明显，称为干涉决定了干涉是否发生，以及干涉效应是否明显，称为干涉项。项。n 相位差在叠加区域内逐点变化，形成不均匀的光强分相位差在叠加区域内逐点变化，形成不均匀的光强分布，即干涉条纹。布，即

2、干涉条纹。n叠加区域内相位差相同的点：等光强面（等光强线）。叠加区域内相位差相同的点：等光强面（等光强线）。第3页，此课件共72页哦第5章 光的干涉42.1.2 光干涉的条件光干涉的条件当相位差为其它值时，光强介于最大值和最小值之间。n光强极值光强极值第4页，此课件共72页哦第5章 光的干涉52.1.2 光干涉的条件光干涉的条件 即两振动方向互相垂直的线偏振光叠加是不相干的。即两振动方向互相垂直的线偏振光叠加是不相干的。只有当两个振动有平行分量时才会相干。只有当两个振动有平行分量时才会相干。当两列波振动方向完全相同时，干涉项最大，其干涉当两列波振动方向完全相同时，干涉项最大，其干涉效应最明显。

3、效应最明显。n将干涉项改写为 稳定条纹：稳定条纹：1 20 和和 01 02常量常量两光束的频率相等且两光束的初相位差固定相干条件两光束的频率相等且两光束的初相位差固定相干条件第5页，此课件共72页哦第5章 光的干涉62.1.2 光干涉的条件光干涉的条件n条纹的可见度条纹的可见度(或对比度或对比度)V干涉场中条纹的清晰度干涉场中条纹的清晰度当当Im=0时，时，Vl，条纹最清晰，条纹最清晰;当当IM=Im时，时，V0，无干涉条纹；，无干涉条纹；当当0ImIM时，时，0V1。第6页，此课件共72页哦第5章 光的干涉72.1.3 从普通光源获得相干光的方法从普通光源获得相干光的方法n利用普通光源获得

4、相干光束的方法：利用普通光源获得相干光束的方法：n分分波波阵阵面面法法：由由同同一一波波面面分分出出两两部部分分或或多多部部分分子子波，这些子波叠加产生干涉杨氏双缝干涉。波，这些子波叠加产生干涉杨氏双缝干涉。n分分振振幅幅法法：来来自自同同一一光光源源的的光光波波经经薄薄膜膜的的上上表表面面和和下下表表面面反反射射和和透透射射，将将光光波波的的振振幅幅分分成成两两部部分分或多部分。这些波束叠加产生干涉。或多部分。这些波束叠加产生干涉。n薄膜干涉、迈克耳逊干涉仪和多光束干涉仪。薄膜干涉、迈克耳逊干涉仪和多光束干涉仪。n这这两两类类干干涉涉可可以以构构成成了了众众多多的的形形式式不不同同、用用途途

5、各各异的干涉系统。异的干涉系统。第7页，此课件共72页哦第5章 光的干涉82.2双光束干涉双光束干涉n5.2.1 分波面双光束干涉分波面双光束干涉1.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉第8页，此课件共72页哦第5章 光的干涉92.2.1 分波面双光束干涉分波面双光束干涉n干涉条纹代表着光程差的等值线。条纹形状是干涉条纹代表着光程差的等值线。条纹形状是与双缝平行的直条纹，上、下对称分布。与双缝平行的直条纹，上、下对称分布。n亮条纹中心位置对应亮条纹中心位置对应n暗条纹中心位置对应暗条纹中心位置对应n相邻条纹间离相邻条纹间离（亮条纹或暗条纹）为 第9页，此课件共72页哦第5章 光的干涉102.2.1 分波面

6、双光束干涉分波面双光束干涉n分波面双光束干涉的共同点分波面双光束干涉的共同点 n整个光波叠加区内随处可见干涉条纹非定域干涉。整个光波叠加区内随处可见干涉条纹非定域干涉。n为为得得到到清清晰晰的的干干涉涉条条纹纹，都都有有限限制制光光束束的的狭狭缝缝或或小小孔孔，因因而而干干涉涉条条纹纹的的强强度度很很弱弱，以以致致于于在在实实际际上上难难以应用。以应用。n光源是白光，光源是白光，m=0中央中央亮纹为白色，亮纹为白色，其它各级亮纹将因其它各级亮纹将因波长不同，光强极波长不同，光强极大位置错开而变成大位置错开而变成彩色条纹。彩色条纹。白光入射的杨氏双缝白光入射的杨氏双缝干涉照片干涉照片第10页，此

7、课件共72页哦第5章 光的干涉112.2.2 分振幅双光束干涉分振幅双光束干涉n1.等倾干涉等倾干涉平板干涉装置平板干涉装置该光程差为该光程差为式中，式中，2是由于两支反射光中反射面的性质不同而引入的是由于两支反射光中反射面的性质不同而引入的附加光程差。附加光程差。第11页，此课件共72页哦第5章 光的干涉122.2.2 分振幅双光束干涉分振幅双光束干涉n由几何关系和折射定律可得由几何关系和折射定律可得n焦平面上焦平面上P点的光强分布为点的光强分布为式中，式中，I1和和I2分别为两反射光的强度。分别为两反射光的强度。第12页，此课件共72页哦第5章 光的干涉132.2.2 分振幅双光束干涉分振

8、幅双光束干涉n亮条纹对应亮条纹对应n暗条纹对应暗条纹对应第13页，此课件共72页哦第5章 光的干涉14 条纹级次分布条纹级次分布:波长对条纹的影响波长对条纹的影响:膜厚变化时膜厚变化时,条纹的移动：条纹的移动：干涉条纹级次越高，条纹半径越小。干涉条纹级次越高，条纹半径越小。膜厚变大的过程中，不断有条纹从中间膜厚变大的过程中，不断有条纹从中间“冒冒”出来。出来。白光入射时，同一干涉级次红光条纹在内白光入射时，同一干涉级次红光条纹在内,紫光条纹在外。紫光条纹在外。Rmm+1第14页，此课件共72页哦第5章 光的干涉15中心向外的第中心向外的第N个亮环：个亮环：m0级两式相渐：两式相渐：第15页，此

9、课件共72页哦第5章 光的干涉162.2.2 分振幅双光束干涉分振幅双光束干涉n由中心向外计算，第由中心向外计算，第N亮环对透镜中心的张角亮环对透镜中心的张角 1Nn第第N条纹的半径为条纹的半径为第16页，此课件共72页哦第5章 光的干涉172.2.2 分振幅双光束干涉分振幅双光束干涉n相邻条纹的间距相邻条纹的间距为表明：平板越厚条纹也越密平板越厚条纹也越密。离中心离中心越远（越远（N愈大）条纹越密愈大）条纹越密；因此，等倾干涉条纹是一组中心疏而边缘密的同心圆环。第17页，此课件共72页哦第5章 光的干涉182.2.2 分振幅双光束干涉分振幅双光束干涉n透射光的等倾干涉条纹透射光的等倾干涉条纹

10、由于两支透射光之间没有附加由于两支透射光之间没有附加的半波损失，其光程差为的半波损失，其光程差为两反射光间有附加的半波损失两反射光间有附加的半波损失时，两透射光间就没有附加的时，两透射光间就没有附加的半波损失。半波损失。反之亦然。反之亦然。透射光与反射光的等倾干涉透射光与反射光的等倾干涉条纹是互补的，条纹是互补的，第18页，此课件共72页哦第5章 光的干涉192.2.2 分振幅双光束干涉分振幅双光束干涉n2.等厚干涉等厚干涉n楔形平板产生的等厚楔形平板产生的等厚干涉干涉当当平平行行光光投投射射到到厚厚度度很很薄薄、夹夹角角很很小小的的楔楔形形平平板板表表面面时时，由由上上下下两两表表面面反反射

11、射的的光光在在上上表表面面相相遇遇产产生生干干涉涉。条纹定域于薄膜表面条纹定域于薄膜表面。21第19页，此课件共72页哦第5章 光的干涉202.2.2 分振幅双光束干涉分振幅双光束干涉n由由上上下下两两表表面面反反射射的的光光在在上上表表面面C点点的的光光程程差差可可近似地表示为近似地表示为式中，厚度式中，厚度h不是常数，而折射率不是常数，而折射率n和入射角和入射角 1或折射角或折射角 2为常数。为常数。第20页，此课件共72页哦第5章 光的干涉212.2.2 分振幅双光束干涉分振幅双光束干涉n牛顿环牛顿环如如图图R很很大大的的平平凸凸透透镜镜与与一一标标准准平平板板玻玻璃璃组组成成的的牛牛顿

12、顿环环装装置置中中，在在球球面面和和平平面面之之间间将将形形成成一一层层薄薄空空气气间间隙隙，间间隙隙厚厚度度h是是随随离离开开透透镜镜顶顶点点C的的距距离离而而变变的的，干干涉条纹是以涉条纹是以C为中心的圆。为中心的圆。第21页，此课件共72页哦第5章 光的干涉222.2.2 分振幅双光束干涉分振幅双光束干涉n牛牛顿顿环环的的形形状状与与等等倾倾圆圆条条纹纹相相同同，但但牛牛顿顿环环内内圈圈的的干干涉涉级级次次小小，外外圈圈的的干干涉涉级级次次大大，恰恰与与等等倾倾圆圆条条纹纹相相反反。愈愈向向边边缘缘，厚厚度度h越越大大，光程差也越大。光程差也越大。n由几何关系，第由几何关系，第m级干涉环

13、对应的厚度为级干涉环对应的厚度为第22页，此课件共72页哦第5章 光的干涉232.2.2 分振幅双光束干涉分振幅双光束干涉nm级暗条纹的半径级暗条纹的半径第23页，此课件共72页哦第5章 光的干涉242.3.1 平行平板的多光束干涉平行平板的多光束干涉n干涉场上任意点干涉场上任意点P对应的相互平行的多光束的相干叠加。对应的相互平行的多光束的相干叠加。设多光束的出射角为设多光束的出射角为 0，在平板内的入射角为，在平板内的入射角为，相继，相继两束光的光程差为两束光的光程差为:n对应的相位差为对应的相位差为第24页，此课件共72页哦第5章 光的干涉252.3.1 平行平板的多光束干涉平行平板的多光

14、束干涉n设设入入射射光光电电矢矢量量的的复复振振幅幅为为E0i，光光在在从从n0到到n的的界界面面的的反反射射系系数数为为r，透透射射系系数数为为t，光光在在从从n到到n0的的界界面面的的反反射射系系数数为为r，透透射射系系数数为为t，则则各各个个光光束的复振幅分别为束的复振幅分别为第25页，此课件共72页哦第5章 光的干涉262.3.1 平行平板的多光束干涉平行平板的多光束干涉nP点点的合成光矢量为的合成光矢量为n由菲涅耳公式可以证明由菲涅耳公式可以证明:r、r、t 和和t 之间的关系（斯之间的关系（斯托克斯倒逆关系）为托克斯倒逆关系）为并且并且r、r、t 和和t 与平板反射率与平板反射率R

15、和透射率和透射率T之间有关系之间有关系第26页，此课件共72页哦第5章 光的干涉27n入射波振幅为入射波振幅为A。nr，r，t，t：界面对振幅的反射率和透射率。：界面对振幅的反射率和透射率。光路可逆原理。附：Stocks倒逆关系第27页，此课件共72页哦第5章 光的干涉28反射光在反射光在P点的光强为点的光强为F为精细度系数，与条为精细度系数，与条纹精细度有关。纹精细度有关。第28页，此课件共72页哦第5章 光的干涉292.3.1 平行平板的多光束干涉平行平板的多光束干涉n用类似的方法可得透射光在用类似的方法可得透射光在P 点处的光强点处的光强n利用无吸收时利用无吸收时T1 R可得可得第29页

16、，此课件共72页哦第5章 光的干涉302.3.1 平行平板的多光束干涉平行平板的多光束干涉n反射光干涉场和透射光干涉场的光强分布公反射光干涉场和透射光干涉场的光强分布公式（通常称为艾里公式）式（通常称为艾里公式）由此可以得知多光束干涉图样的特性。由此可以得知多光束干涉图样的特性。第30页，此课件共72页哦第5章 光的干涉312.3.2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性n等倾性等倾性 平平行行平平板板在在透透镜镜焦焦平平面面上上产产生生的的多多光光束束干干涉涉条条纹纹，如如同同双双光光束束干干涉涉条条纹纹一一样样，是是等等倾倾干干涉涉条条纹。纹。当当实实验验装装置置中中的的透透镜镜光光轴

17、轴垂垂直直于于平平板板时时，所所观观察察到到的的等等倾倾条条纹纹仍仍是是一一组同心圆环。组同心圆环。第31页，此课件共72页哦第5章 光的干涉322.3.2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性n互补性互补性 在忽略平板的吸收和其它损耗的情况下，在忽略平板的吸收和其它损耗的情况下，该式反映了能量守恒的普遍规律。该式反映了能量守恒的普遍规律。若对于某一个方向反射光因干涉加强，则透射光会若对于某一个方向反射光因干涉加强，则透射光会因干涉而减弱，反之亦然。反射光强分布与透射光强因干涉而减弱，反之亦然。反射光强分布与透射光强分布互补。分布互补。第32页，此课件共72页哦第5章 光的干涉332.3.

18、2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性n光强极值光强极值n对于反射光对于反射光，当当当当第33页，此课件共72页哦第5章 光的干涉342.3.2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性n对于透射光对于透射光，当当当当第34页，此课件共72页哦第5章 光的干涉352.3.2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性n反射率对干涉条纹对比度的影响反射率对干涉条纹对比度的影响n反射光条纹对比度为反射光条纹对比度为Vr=1n透射光条纹对比度为透射光条纹对比度为 第35页，此课件共72页哦第5章 光的干涉362.3.2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性nVt恒恒小小于于1，当当R增增大大

19、时时，反反射射条条纹纹的的亮亮线线越越来来越越宽宽，而而透透射射条条纹纹的的亮亮线线则则越越来来越窄。越窄。n当当Rl时时，Vt l，反反射射条条纹纹是是亮亮背背景景上上的的一一组组很很细细的的暗暗纹纹，透透射射条条纹纹则则是是暗暗背背景景上上一一组组很很细细的的亮亮纹纹，后后者者比比前前者者更更容容易易观观察察相相识别。识别。n对对高高反反射射率率平平板板通通常常应应用用透射条纹。透射条纹。第36页，此课件共72页哦第5章 光的干涉372.3.2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性n反射率对干涉条纹锐度的影响反射率对干涉条纹锐度的影响随着随着R增大，透射光条纹极小值下降，亮条纹宽度变窄

20、。增大，透射光条纹极小值下降，亮条纹宽度变窄。但透射光强的极大值与但透射光强的极大值与R无关，所以，在无关，所以，在R很大时，透射很大时，透射光的干涉条纹是在暗背景上的细亮条纹。光的干涉条纹是在暗背景上的细亮条纹。与此相反，反射光的干涉条纹则是在亮背景上的细与此相反，反射光的干涉条纹则是在亮背景上的细暗条纹，由于它不易辨别，故极少应用。暗条纹，由于它不易辨别，故极少应用。第37页，此课件共72页哦第5章 光的干涉382.3.2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性n干涉条纹的锐度干涉条纹的锐度n用半值宽度来表示。用半值宽度来表示。n条条纹纹半半值值宽宽度度是是指指亮亮条条纹纹中中强强度度等

21、等于于峰峰值值强强度度一一半半的的两两点点问问的的距离，记为距离，记为 。n半光强度：半光强度：第38页，此课件共72页哦第5章 光的干涉392.3.2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性n能能够够产产生生极极明明锐锐的的透透射射光光干干涉涉条条纹纹，是是多多光光束束干干涉涉的的最显著和最重要的特点。最显著和最重要的特点。n条纹的锐度也常用相邻两条纹间的相位变化条纹的锐度也常用相邻两条纹间的相位变化(2)和条和条纹半宽度纹半宽度()之比来表示，称为条纹精细度之比来表示，称为条纹精细度N，即，即可见，当反射率可见，当反射率R1时，条纹变得愈来愈细，条纹的锐时，条纹变得愈来愈细，条纹的锐度愈

22、好。度愈好。第39页，此课件共72页哦第5章 光的干涉402.3.2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性n滤波特性滤波特性 结构结构(n，h)给定，入射光方向一定：给定，入射光方向一定：相位差相位差 只与光波长只与光波长 有关，光波有关，光波长满足长满足 2m 的才能最大地透过的才能最大地透过该平行平板。该平行平板。平行平板具有滤波特性。平行平板具有滤波特性。将对应于条纹半宽度将对应于条纹半宽度 的频率的频率范围范围 1/2称为滤波带宽。称为滤波带宽。第40页，此课件共72页哦第5章 光的干涉412.3.2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性n透射带的波长半宽度透射带的波长半宽度显

23、然，显然，R愈大，愈大，N愈大，相应的愈大，相应的(m)1/2愈小。愈小。第41页，此课件共72页哦第5章 光的干涉422.3.2 多光束干涉条纹的特性多光束干涉条纹的特性n双光束与多光束等倾干涉双光束与多光束等倾干涉条纹比较条纹比较n相相同同点点：可可使使用用扩扩展展光光源源，条条纹纹定定域域，条条纹纹形形状状相相同同，明暗位置的条纹相同。明暗位置的条纹相同。n不不同同点点：双双光光束束干干涉涉条条纹纹光光强强随随相相位位差差变变化化缓缓慢慢，R较较大大时时，多多光光束束干干涉涉条条纹纹光光强强随随相相位位差差变变化化急急剧剧，条纹细锐清晰。条纹细锐清晰。第42页，此课件共72页哦第5章 光

24、的干涉432.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜单层光学薄膜单层光学薄膜:基片基片 折射率为折射率为n2 介介质质薄薄膜膜 折折射射率率为为n1、厚厚度度为为h。当当光光束束由由折折射射率率为为n0的的介介质质入入射射到到薄薄膜膜上上时时，将将在在膜膜内内产产生生多多次次反反射射，并并且且在在薄薄膜膜的的两两表表面面上上有有一一系系列列相相互互平平行的光束射出。行的光束射出。第43页，此课件共72页哦第5章 光的干涉442.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜n采用类似于平行平板多光束干涉的处理方法，可采用类似于平行平板多光束干涉的处理方法，可以得到单层膜的反射系数（不同于单个表面的反以得到单层膜的

25、反射系数（不同于单个表面的反射系数）为射系数）为式中，式中，r1是薄膜上表面的反射系数，是薄膜上表面的反射系数，r2是薄膜下表面的反射是薄膜下表面的反射系数，系数，是相邻两出射光束间的相位差：是相邻两出射光束间的相位差：第44页，此课件共72页哦第5章 光的干涉452.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜n当光束正入射时，由菲涅耳公式可得薄当光束正入射时，由菲涅耳公式可得薄膜两表面的反射系数分别为膜两表面的反射系数分别为对应的单层膜的反射率对应的单层膜的反射率R为为第45页，此课件共72页哦第5章 光的干涉462.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜n由单层膜反射率由单层膜反射率R随膜层光学厚度随膜层

26、光学厚度n1h的变化曲线可得如下结论：的变化曲线可得如下结论：n当当n1=n0或或n1=n2时时，R和和未未镀镀膜膜时时的的反反射射率率R0一样。一样。第46页，此课件共72页哦第5章 光的干涉47n当当n1n2时，时，RR0，透过率增大，称为增透膜。，透过率增大，称为增透膜。n当当n1n2时，时，RR0，反射率增大，透过率减小，称，反射率增大，透过率减小，称为增反膜。为增反膜。n当当n1=n0或或n1=n2时，时，R和未镀膜时的反射率和未镀膜时的反射率R0一样。一样。n01，n21.5第47页，此课件共72页哦第5章 光的干涉482.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜n当光学厚度当光学厚度n1

27、h2m 0/4=m 0/2(m=1,2,)时，时，sin2(/2)=0,有有RR0。（正入射正入射）n这说明；当薄膜的光学厚度这说明；当薄膜的光学厚度nh为为 0/4的偶数倍或半波长的偶数倍或半波长 0/2的的整数倍时，薄膜层对光的反射毫无影响，好像根本没有镀膜、整数倍时，薄膜层对光的反射毫无影响，好像根本没有镀膜、光是直接从折射率为光是直接从折射率为n0的介质入射到折射率为的介质入射到折射率为n2的基底上一样。的基底上一样。第48页，此课件共72页哦第5章 光的干涉492.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜n当当光光学学厚厚度度n1h（2m1）0/4(m=1,2,)时时，cos2(/2)=0,

28、反射率为反射率为 n当当n1n2时，时，RRm,反射率最小（曲线图），有最好的增透效果。反射率最小（曲线图），有最好的增透效果。当时，Rm=0。达到完全增透的效果完全增透的效果。第49页，此课件共72页哦第5章 光的干涉502.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜n当当n1n2时，反射率最大，时，反射率最大，RRM,有最好的有最好的增反效果。最大反射率为增反效果。最大反射率为当薄膜的光学厚度当薄膜的光学厚度nh为为 0/4奇数倍时奇数倍时(一般一般nh 0/4)，则，则薄膜的反射率薄膜的反射率R有极大值或极小值，取决于膜层材料的折有极大值或极小值，取决于膜层材料的折射率是大于还是小于基底折射率射率

29、是大于还是小于基底折射率n2。对一个给定的单层膜，仅对某一波长对一个给定的单层膜，仅对某一波长 0才为才为Rm或或RM第50页，此课件共72页哦第5章 光的干涉512.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜n1.多层高反膜多层高反膜结结构构：厚厚度度nh是是 0/4的的高高折折射射率率膜膜层层和和低低折折射射率率膜膜层层交交替替镀镀制制的的膜膜系系，与与基基底底和和空空气气相相邻邻的的都都是是高高折折射射率率膜膜层层。如如图图所所示示，可可用用下下面面的的符符号号来表示：来表示：GHLHLHLHAG(HL)pHA其其中中，G为为基基底底，A为为空空气气，H为为高高折折射射率率膜膜层层，L为为低低折折

30、射射率率膜层。膜层。第51页，此课件共72页哦第5章 光的干涉522.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜n对于对于 0/4单层光学薄膜，其反射率单层光学薄膜，其反射率 令等效折射率令等效折射率 有有第52页，此课件共72页哦第5章 光的干涉532.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜n按照上述分析方法类推，可以得到按照上述分析方法类推，可以得到2p+1层薄膜层薄膜(HL)pH的等效折射率为的等效折射率为第53页，此课件共72页哦第5章 光的干涉542.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜n2.干涉干涉滤波片滤波片干干涉涉滤滤光光片片是是多多层层光光学学薄薄膜膜应应用用的的又又一一个个例例子子。为为得得到

31、到透透射射率率高高、且且透透射射波波带带宽宽窄窄的的滤滤波波片片，采采用用如如图所示的结构图所示的结构,可表示为可表示为 GH(LH)pLL(HL)pHA其其中中，G为为基基底底，A为为空空气气，H和和L分分别别是是光光学学厚厚度度为为 0/4的的高高折折射射率率膜膜层层和和低低折折射射率率膜层。膜层。第54页，此课件共72页哦第5章 光的干涉552.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜n其其结结果果，对对于于波波长长 0的的光光，其其透透过过率率相相当当于于光光从从空空气气A直直接接照照射射在在基基底底G上上。但但对对于于不不是是 0而而是是其其它它波波长长的的光，透过率迅速下降。光，透过率迅速

32、下降。n于于是是，滤滤光光片片只只通通过过波波长长 0的的光光而而滤滤掉掉了了其其它它波波长长的的光。光。n干涉滤波片具有透射率大和透射带窄的优点。干涉滤波片具有透射率大和透射带窄的优点。第55页，此课件共72页哦第5章 光的干涉562.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪n分辨本领分辨本领 分辨本领分辨本领A表征光谱仪对相近谱线的分辩能力，表征光谱仪对相近谱线的分辩能力，它定义为它定义为式中，式中，为光谱仪刚能分辨的最小波长差。为光谱仪刚能分辨的最小波长差。第56页，此课件共72页哦第5章 光的干涉572.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪瑞瑞利利（Rayleigh）判判据：据

33、：两两个个等等强强度度的的不不同同波波长长的的亮亮条条纹纹,只只有有当当它它们们的的合合强强度度曲曲线线中中央央极极小小值值低低于于两两边边极极大大值值的的81时时，才能被分辨。才能被分辨。第57页，此课件共72页哦第5章 光的干涉582.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪n角色散率角色散率 表征能够将不同波长的光分开程度的重要指表征能够将不同波长的光分开程度的重要指标。它定义为单位波长间隔的光，经分光仪标。它定义为单位波长间隔的光，经分光仪所分开的角度，用所分开的角度，用D表示，表示，第58页，此课件共72页哦第5章 光的干涉592.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪由法布里

34、由法布里-珀罗干涉仪透射光极大值条件珀罗干涉仪透射光极大值条件 愈小，愈小，仪器的角色散愈大。对给定波长差仪器的角色散愈大。对给定波长差 的两谱线，的两谱线，愈靠近干涉图样中心其分离量愈大，这意味在法布里愈靠近干涉图样中心其分离量愈大，这意味在法布里-珀珀罗干涉仪的干涉环中心处光谱最纯。罗干涉仪的干涉环中心处光谱最纯。微分：微分：第59页，此课件共72页哦第5章 光的干涉602.6 光的相干性光的相干性n5.6.1 光的空间相干性光的空间相干性光源尺度扩展对干涉条纹对比度的影响光源尺度扩展对干涉条纹对比度的影响n5.6.2 光的时间相干性光的时间相干性光源频谱扩展对干涉条纹对比度的影响光源频谱

35、扩展对干涉条纹对比度的影响第60页，此课件共72页哦第5章 光的干涉612.6.1 光的空间相干性光的空间相干性n扩扩展展光光源源是是大大量量点点源源的的集集合合，每每一一点点源源产产生生一一组组干干涉条纹；涉条纹；n各各点点源源的的随随机机性性和和独独立立性性，彼彼此此为为非非相相干干点点源源，观观测测到到的的干干涉涉场场是是彼彼此此有有错错位位的的干干涉涉条条纹纹的的非非相相干干叠叠加加，可可见见度度V值值有有所所下下降降。当当光光源源大大到到一一定定程程度度时时，甚至使甚至使V值降为零，即无强度起伏。值降为零，即无强度起伏。第61页，此课件共72页哦第5章 光的干涉622.6.1 光的空

36、间相干性光的空间相干性n对于距离对于距离S为为x的的C点处的元光源在点处的元光源在P点产生的光强度为点产生的光强度为第62页，此课件共72页哦第5章 光的干涉632.6.1 光的空间相干性光的空间相干性n宽度为宽度为b的扩展光源在的扩展光源在P点产生的光强度为点产生的光强度为式中第一项与式中第一项与P点的位置无关，表示干涉场的背景强度，点的位置无关，表示干涉场的背景强度，随着光源宽度的增大而不断增强随着光源宽度的增大而不断增强；第二项表示干涉场的光强度周期性地随第二项表示干涉场的光强度周期性地随 变化，不超过变化，不超过2I。，所以随着光源宽度增大条纹的可见度会下降。，所以随着光源宽度增大条纹

37、的可见度会下降。第63页，此课件共72页哦第5章 光的干涉642.6.1 光的空间相干性光的空间相干性n由上式可得由上式可得第64页，此课件共72页哦第5章 光的干涉652.6.1 光的空间相干性光的空间相干性n对对于于一一定定的的光光波波长长和和干干涉涉装装置置，通通常常称称V第第一一次次降为零的光源宽度降为零的光源宽度 /为光源临界宽度为光源临界宽度bC，即，即第65页，此课件共72页哦第5章 光的干涉662.6.1 光的空间相干性光的空间相干性n空间相干性空间相干性对对宽宽度度b的的光光源源,光光通通过过S1和和S2恰恰好好不不发发生生干干涉涉时时所所对对应的两点距离为应的两点距离为横向

38、相干长度横向相干长度，以，以dt表示，表示，式中式中=b/R为扩展光源为扩展光源对对S1S2连线的中点连线的中点O的张角。的张角。在横向相干长度内的两点的次波都是相干。光波场中，在横向相干长度内的两点的次波都是相干。光波场中，横向横向相干长度越大，可认为空间相干性越好。相干长度越大，可认为空间相干性越好。第66页，此课件共72页哦第5章 光的干涉672.6.1 光的空间相干性光的空间相干性n相干孔径角相干孔径角 C与光源宽度与光源宽度b的关系的关系该式为空间相干性的反比公式。该式为空间相干性的反比公式。空间相干性直接决定于普通光源的大小，光源小，相空间相干性直接决定于普通光源的大小，光源小，相

39、干空间大，光源的空间相干性好。可忽略大小的点光干空间大，光源的空间相干性好。可忽略大小的点光源应有最好的空间相干性。源应有最好的空间相干性。第67页，此课件共72页哦第5章 光的干涉682.6.2 光的时间相干性光的时间相干性n相干长度相干长度，用，用 C表示。即表示。即第68页，此课件共72页哦第5章 光的干涉692.6.2 光的时间相干性光的时间相干性n在实际应用中，还采用在实际应用中，还采用相干时间相干时间 C来度量复色性的影来度量复色性的影响。相干长度响。相干长度 C与相干时间与相干时间 C之间的关系为之间的关系为式中，式中，c是光的速度。相干时间是光的速度。相干时间 C反映了同一点光

40、源在不反映了同一点光源在不同时刻发出光的干涉特性。同时刻发出光的干涉特性。凡是在相干时间凡是在相干时间 C内不同时刻发出的光，均可以产生干涉，内不同时刻发出的光，均可以产生干涉，而在大于而在大于 C期间发出的光不能干涉。期间发出的光不能干涉。第69页，此课件共72页哦第5章 光的干涉702.6.2 光的时间相干性光的时间相干性n时间相干性与单色性的关系时间相干性与单色性的关系该式说明，该式说明，愈小愈小(单色性愈好单色性愈好)，C愈大，光的时间相干愈大，光的时间相干性愈好。性愈好。第70页，此课件共72页哦第5章 光的干涉712.6.2 光的时间相干性光的时间相干性n光的相干长度光的相干长度

41、C和相干时间和相干时间 C的物理意义的物理意义n任任意意一一个个实实际际光光源源所所发发出出的的光光波波都都是是一一段段段段有有限限波波列列的的组组合合，各各波波列列的的初初相相位位是是无无关关的的，因因而而它它们们之之间不相干。间不相干。n波波列列的的持持续续时时间间为为，则则相相应应的的空空间间长长度度为为Lc，n实实际际上上，相相干干时时间间 C就就是是波波列列的的持持续续时时间间，则则相相干长度干长度 C就是波列的空间长度就是波列的空间长度L。n相相干干长长度度表表征征了了光光波波场场的的纵纵向向相相干干性性。光光源源复复色色性性对对干干涉涉的的影影响响，反反映映了了时时域域中中不不同

42、同两两时时刻刻光光场场的的相相关联程度，是光的时间相干性问题。关联程度，是光的时间相干性问题。第71页，此课件共72页哦第5章 光的干涉722.6.2 光的时间相干性光的时间相干性n时间相干性与空间相干性比较时间相干性与空间相干性比较n物理本质：时间相干性来源于发光过程在时物理本质：时间相干性来源于发光过程在时间上的断续性，空间相干性来源于扩展光源间上的断续性，空间相干性来源于扩展光源不同部分发光的独立性不同部分发光的独立性n表现形式：时间相干表现在波场的纵向，空表现形式：时间相干表现在波场的纵向，空间相干性表现在波场的横向。间相干性表现在波场的横向。n数学描述：时间相干性用相干长度、相干时数学描述：时间相干性用相干长度、相干时间和相干性反比公式表征，空间相干性用横间和相干性反比公式表征，空间相干性用横向相干长度、相干面积、相干孔径角和相干向相干长度、相干面积、相干孔径角和相干性反比公式表征。性反比公式表征。第72页，此课件共72页哦