文档介绍：1
第1章光的干涉(Interference of light)
§ 干涉条纹的可见度
光波的时间相干性和空间相干性
干涉条纹的可见度
对于光波来说,干涉现象往往表现为明暗相间的条纹。为了描述干涉图场中的强弱对比,引入可见度(或对比度,反衬度)的概念,其定义为:
2
当
条纹最清晰;
当
条纹消失.
影响干涉条纹可见度的因素很多,对于理想的相干点光源发出的光波,主要因素是两相干光的振幅比。两光波在相遇点的总光强为:
3
当=2k时,cos=1,
I=Imax=I1+I2+2(I1I2)1/2 =(A1+A2)2
当= (2k+1)时,cos=-1,
I=Imin=I1+I2-2(I1I2)1/2 =(A1-A2)2
4
干涉条纹的可见度为:
若两光波振幅相差太大,例如
即干涉条纹的对比度太小,条纹模糊不清。看不到明显的干涉现象.
因此,能产生明显的干涉现象的补充条件为:两光束的光强(或振幅)不能相差太大。
若令
6
光源的单色线宽
实际的单色光源,他们所发出的光波都不是严格的单一频率(波长)的光,它包含着一定的波长范围,不同波长的光的相对光强不同。
其分布的大致情况如图
1



定义:当相对光强下降为峰值光强一半时的波长间隔(或者频率间隔),称为光源的谱线宽度或单色线宽。
7
为什么实际单色光源发出的光波都有一定的线宽呢?
这是因为光源的发光过程在时间上是断续的,即原子每次持续发光时间只有t,在t内,发出的波列长度为 L=C t。由傅立叶分析可以证明,光波的这种振动可以看成是许多频率的严格单色光振动的叠加,这些光的频率连续分布在中心频率的两侧。
计算表明,单色线宽和原子一次持续发光时间t的倒数有相同的数量级,即
或
8
对其微分并取绝对值,可得
因此,波列的长度可写为
为真空中的波长。L为真空中的波列长度,称为相干长度,t称为相干时间。
9
若
这便是绝对(严格)单色光。
设原子持续发光的时间t=10-9秒,则L=C t
=310810-9=。
与t对应的线宽为
若
10
实际常用的普通单色光源的谱线宽度的数量级为百分之几埃到几埃,相干长度为几毫米到几十厘米,而激光的相干长度可达几米到几十米。
光源的非单色性对干涉条纹的影响
由于不同波长的光是不相干的,所以观察到的干涉条纹将是各种波长成分的光各自形成的干涉条纹的非相干叠加。
对于杨氏实验
明条纹位置为:
可见对于不同的波长产生的干涉条纹,除零级重合外(y=0处)其他各级条纹相互均有一定的位移。