光学中的现象.ppt

牛顿环照片 白光入射的牛顿环照片 牛顿环应用 (1)测曲率半径 (2)检验光学元件表面质量 被测凸球面与标准凹球 面紧密接触，如果被测 球面有偏差，则形成空气薄层，每出现 一条暗纹，表示增加半个波长的偏差. (3)当透镜与玻璃板间压力改变时，使空气层厚度发生变化，条纹也将移动，由此可确定压力或微小长度的改变。 标准验规 待测透镜 暗纹 ? 迈克尔逊干涉仪（Michelson interferometer) M?1 2 2? 1 1? 半透半反膜 补偿板 反射镜 反射镜 光源 薄膜 S M2 M1 G1 G2 E 迈克尔逊干涉光路原理 若 与M2，有小夹角——等厚条纹 (1)M2移动 的距离，干涉条纹平移过一条。 故M2移动的距离为 式中 为移过的条纹数目 (2)若M1、M2严格垂直， 与M2严格平行，它们之间空气薄层厚度一样，则观察到的干涉条纹为等倾条纹 (3)两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质的方法改变两光束的光程差 3．应用 测波长、折射率、微小位移 迈克尔孙—莫雷实验 例：在迈克尔孙干涉仪的两臂中，分别插入 长 的玻璃管，其中一个抽成真空，另一个则储有压强为 的空气，用以测量空气的折射率n。设所用光波波长为546nm，实验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气，直至压强达到 为止。在此过程中，观察到107.2条干涉条纹的移动，试求空气的折射率n。 解：设玻璃管充入空气前，两相干光的光程差为 充入空气后两相干光的光程差为 ，由题意有： 练习：把折射率 的薄膜放入迈克尔孙干涉仪的一臂，如果由此产生了7.0条条纹的移动，求膜厚。设入射光的波长为589nm。 解：由题意， 迈克耳逊干涉仪 迈克耳孙在工作 因创造精密光学仪器，用以进行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速，获1907年诺贝尔物理奖。 美籍德国人 用迈克耳孙干涉仪测气流 *光的时间相干性和空间相干性 一、干涉条纹的可见度 (1)当 (暗条纹全黑）时，V=1，条纹的反差最大，清晰可见；当 时,V≈0,条纹模糊不清，甚至不可辨认。 (2)影响干涉条纹可见度大小的因素很多，包括振幅比、光源的非单色性、光源的线度等 对比度差 (V 1) 对比度好 (V = 1) I 4I1 I Imax Imin 二、时间相干性 1．光的非单色性 理想的单色光 ? ? 波列长L=? c ? 0 ? 0 I I0 2．光源的非单色性对干涉条纹的影响 通常单色光源包含一定的波长范围 ，在这一范围内每一波长的光各自形成一组干涉条纹。各组干涉条纹只有零级条纹完全重合，其他各级不再重合，其非相干叠加会降低条纹的可见度。 实际光束：波列、准单色光 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 I x ? - (??/2) ? + (??/2) 合成光强 光源的非单色性对干涉条纹的影响 0 明条纹宽度 如：白光照射双缝 当 的第k级与 的第k+1级重合时，干涉条纹的可见度降为零。 此时的光程差为实现相干的最大光程差，称为相干长度。 ( ) 光源的单色性越好， 越小,相干长度越大。 3．时间相干性 在杨氏双缝干涉实验中，S发出一个波列a，被双缝分为两个波列 、 ，分别沿 、 传播后，在P点相遇。由于这两个波列由一个波列分开得来，满足相干条件、发生干涉。 S S1 S2 c1 c2 b1 b2 a1 a2 · P S1 S2 S c1 c2 b1 b2 a1 a2 P · 能干涉 不能干涉 若两条路径光程差太大，大于波列长度，则两个波列不能相遇，就无法发生干涉。如图, 不能遇到 、而与另一波列 相遇，它们没有恒定相位差，无法发生干涉。 故波列长度应至少等于最大光程差，即波列长度为： 波列通过一点所需时间为： 称为相干时间，即光通过相干长度所需的时间。 对于确定点，若前后两个时刻传来的光波属于同一波列，则是相干光波，具有时间相干性；否则不相干。 时间相干性与光源的单色性紧密相关。光的单色性好，相干长度和相干时间就长，时间相干性也就好。 例：普通单色光 L为 激光 L为 （理想情况） （实际） 三、空间相干性