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深圳大学光电检测技术第1页/共105页 2波的干涉两点源波的干涉三只蜡烛同时照在墙壁无光强度明暗变化的干涉现象发生强度明暗变化的干涉现象第2页/共105页 3相干 vs. 非相干叠加同相叠加反相叠加随机相位叠加===相长干涉相消干涉非干涉叠加第3页/共105页 4振动方向相同振动频率相同相位差保持恒定光程差不太大光强差不太大 产生相干光的条件光程差不能太大，否则由同一波列分成的两个波列不能相遇产生干涉的必要条件第4页/共105页 5 相干光的获得分波阵面法分振幅法薄膜干涉杨氏双缝干涉双棱（面）镜干涉洛埃镜干涉等倾干涉等厚干涉迈克尔逊干涉仪牛顿环劈尖干涉增透膜增反膜由普通光源获得相干光源？第5页/共105页 6分波阵面法与分振幅法分波阵面法：在同一波面上两固定点光源，发出的光产生干涉的方法，如杨氏双缝干涉实验。pS *分波面法分振幅法：一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两束光线产生干涉的方法。如薄膜干涉、等厚干涉等。分振幅法·p薄膜S *第6页/共105页 第7页/共105页 8时间相干性（续）傅立叶变换：对波列E(t)作傅立叶变换，得频谱分布：第8页/共105页 9时间相干性（续）波列的能谱：波列长度和谱线宽度的关系第9页/共105页 10相干长度可发生干涉不能发生干涉相干长度：即波列长度列波能发生干涉的最大波程差叫相干长度。 波列长L=? c第10页/共105页 11相干长度与相干时间SS1S2c1c2b1b2a1a2 ·PS1S2Sc1c2b1b2a1a2P·才能发生干涉。能干涉不能干涉只有同一波列分成的两部分，经过不同的路程再相遇时，相干时间：光通过相干长度所需时间。 光的单色性好，时间相干性也就好。相干长度和相干时间就长，第11页/共105页 12普通单色光：激光： （实际上，一般为10 -1 ? 101m）（理想情况）相干长度与相干时间(续)第12页/共105页 13实际使用的单色光源都有一定的光谱宽度 范围内的每条谱线都各自形成一组干涉条纹，且除零级以外，相互有偏移，各组条纹重叠的结果使条纹可见度下降线宽对干涉条纹的影响?0II0??? - (??/2)合成光强x1234560123450I? + (??/2)第13页/共105页 14I0??2?-2?4?-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：光源的宽度，光源的单色性，IImaxImin0??2?-2?4?-4?干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）条纹衬比度（对比度，反衬度，contrast） 光源的偏振态第14页/共105页 15空间相干性（spatial coherence）空间相干性的概念?光源宽度对干涉条纹衬比度的影响S1d /2S2RD光源宽度为 bb/2L??MN?0M0N0LI非相干叠加+1L?1NxI合成光强Ix合成光强b增大?第15页/共105页 16xI合成光强0N?x+1L0M0L-1NS1d /2S2RD光源宽度为 b0b0 /2L??MN?0M0N0LI非相干叠加+1L?1N极限宽度：当光源宽度b增大到某个宽度b0时，干涉条纹刚好消失：空间相干性（续）第16页/共105页 17牛顿环牛顿干涉仪光程差：牛顿环，是牛顿在1675年首先观察到的。第17页/共105页 18牛顿虽然发现了牛顿环，并做了精确的定量测定，已经走到了光的波动说的边缘牛顿环乃是光的波动性的最好证明之一可牛顿却不从实际出发，而是从他所信奉的微粒说，提出了一个“一阵容易反射，一阵容易透射”的复杂理论牛顿最终无法解释牛顿环的形成，与光的波动性失之交臂直到１９世纪初，英国科学家托马斯·杨才用光的波动说完满地解释了牛顿环实验。牛顿环与光的波动性第18页/共105页 19牛顿干涉仪牛顿环的应用压压时环外扩：需要打磨中央还是打磨边缘？压 要打磨边缘部分要打磨中央部分 压时环内缩：需要打磨中央还是打磨边缘？第19页/共105页 20光电检测光学干涉系统第20页/共105页 21典型光学干涉——迈克尔逊干涉 迈克耳逊 迈克耳孙（A.A.Michelson）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。美籍德国人第21页/共105页 22迈克耳逊干涉仪光束2′和1′发生干涉 若M?1、M2平行 ? 等倾条纹 若M?1、M2有小夹角 ? 等厚条纹十字叉丝等厚条纹M?122?11?半透半反膜补偿板反射镜反射镜光源观测装置薄膜则有：补偿板可补偿两臂的附加光程差。若M1平移?d 时，干涉条移过N条，SM2M1G1G2E思考题：如何提高迈克尔逊干涉仪的精度？第22页/共105页 23迈克耳逊干涉仪迈克尔逊双光程干涉仪迈克尔逊