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1、第四节第四节 条纹的对比度条纹的对比度干涉场某点附近干涉条纹的对比度定义为：干涉场某点附近干涉条纹的对比度定义为：它它表征了干涉场中某处条纹亮表征了干涉场中某处条纹亮暗反差的程度。暗反差的程度。所所考察位置附近的最大光强和最小光强考察位置附近的最大光强和最小光强影响干涉条纹对比度的主要因素是两相干光束的振幅比、影响干涉条纹对比度的主要因素是两相干光束的振幅比、光源的大小和光源的非单色性。光源的大小和光源的非单色性。一、两相干光束振幅比的影响一、两相干光束振幅比的影响两两光波振幅相差越大，光波振幅相差越大，K K越小。设计干越小。设计干涉系统时应尽可能使涉系统时应尽可能使K=1K=1，以获得最大
2、以获得最大的条纹对比度。的条纹对比度。二、光源大小的影响和空间相干性二、光源大小的影响和空间相干性实际光源总有一定的大小，称为扩展光源。它可看成是实际光源总有一定的大小，称为扩展光源。它可看成是许多不相干点源的集合。许多不相干点源的集合。每个点光源，在干涉装置中都形成一对相干点光源。各对相每个点光源，在干涉装置中都形成一对相干点光源。各对相干点光源在干涉场产生各自的一组条纹。各点光源有不同位干点光源在干涉场产生各自的一组条纹。各点光源有不同位置，各组条纹相互间产生一定的位移。暗条纹的强度不再为置，各组条纹相互间产生一定的位移。暗条纹的强度不再为零，条纹对比度降低。零，条纹对比度降低。当光源大到
3、一定程度时，对比度甚至可以下降到零，观察当光源大到一定程度时，对比度甚至可以下降到零，观察不到干涉条纹。不到干涉条纹。xIxI实际光源是扩展光源许多不相干点源的集合S1d/2S2lD光光源源宽宽度为度为bb/2LMN0M0N0LI非相干叠加+1L1NyI合成光强Iy合成光强结论 ，条纹对比度下降1、光源宽度为bxI合成光强0Nx+1L0M0L-1NS1d/2S2lD光光源源宽宽度为度为 bcbc/2LMN0M0N0LI非相干叠加+1L1N1、临界宽度bc当光源宽度b增大到某个宽度bc时，干涉条纹刚好消失：单色光相邻两条纹间距bc 光源的极限宽度 D d：lbc、d：bc计算如下：x/2+1LL
4、点一级明纹：r1d0 Dlr2r1 r2单色光源bc/2xLM 此时L点的一级明纹的极大在 点的一级极小 处光源的临界宽度有：由b102高压汞灯高压汞灯 546 1 10-4白光白光 550 300 10-6一些光源的相干长度一些光源的相干长度 1 1 1 12 2 2 2（二）、光源非单色性（二）、光源非单色性 对条纹对比度的影响对条纹对比度的影响所有谱线在干涉场中的光强分布讨论：相干长度：对于光谱宽度为（或k）的光源能够产生干涉的最大光程差。相干长度与波列长度一致K10最大光程差（三）、时间相干性相干时间 t：光通过相干长度所需的时间。时间相干性：若同一光源在相干时间内发出的光经过不同的路
5、径在空间相遇时，能够产生干涉，则称光具有时间相干性。公式：对应于光波场纵方向上空间两点的相位关联，决定于光波的光谱范围光的时间相干性时间相干性由光源的性质决定。时间相干性由光源的性质决定。氦氖激光的时间相干性远比普通光源好。氦氖激光的时间相干性远比普通光源好。钠钠NaNa 光，波长光，波长589.6nm589.6nm，相干长度相干长度3.43.41010-2-2m m氦氖激光，波长氦氖激光，波长632.8nm632.8nm，相干长度相干长度40km40km相干长度长，光谱带宽小，其单色性好（时间相干性好）相干长度长，光谱带宽小，其单色性好（时间相干性好）例例:如图所示，入射光的波长宽度为如图所
6、示，入射光的波长宽度为0.05nm，平均波长为，平均波长为500nm，问在小孔处贴上多厚的玻璃片可使，问在小孔处贴上多厚的玻璃片可使P0附近的条纹消失附近的条纹消失？设玻璃的折射率为？设玻璃的折射率为1.5P0解：解：例例:在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光光源，其波长范围为白光光源，其波长范围为 x=100nm，平均平均波长为波长为490nm.试估算从第几级开始试估算从第几级开始,条纹变得无法分辨条纹变得无法分辨?解解 设该蓝绿光的波长范围为设该蓝绿光的波长范围为 1 2,则按题意有则按题意有对应于对应于 1,杨氏干涉条纹中第杨氏干涉条纹中第
7、k级明纹的位置分别为级明纹的位置分别为因此因此,k级干涉条纹所占的宽度为级干涉条纹所占的宽度为&光的非单色性对干涉条纹的影响光的非单色性对干涉条纹的影响显然显然,当此宽度大于或等于对应于平均波长当此宽度大于或等于对应于平均波长 的条的条纹间距时纹间距时,干涉条纹变得模糊不清干涉条纹变得模糊不清,这个条件可表这个条件可表达为达为所以所以,从第五级开始从第五级开始,干涉条纹变得无法分辨干涉条纹变得无法分辨.I|x|O1,12 23 34 4 5光光束波长范围束波长范围越大越大,两束光相干产生两束光相干产生的条纹越少的条纹越少.本课内容回顾本课内容回顾2、振幅比与对比度度的关系：3、光源宽度与对比度的关系4、光源单色性与对比度的关系5、名词解释：空间相干性、时间相干性、相干长度、相干时间、干涉孔径角1、条纹对比度的定义作业作业名词解释：空间相干性、时间相干性、相干长度、名词解释：空间相干性、时间相干性、相干长度、相干时间、干涉孔径角相干时间、干涉孔径角 课后习题：课后习题：3.3，3.4，3.16