文档介绍：波动光学第3讲
——迈克尔逊干涉仪、光源的相干性、光的衍射、单缝夫琅禾费衍射
主要内容
迈克尔逊干涉仪
单缝夫琅禾费衍射
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迈克耳孙简介
第6节迈克耳孙干涉仪
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美国物理学家。1852 年12月19日出生于普鲁士斯特雷诺(现属波兰),后随父母移居美国,毕业于美国海军学院,曾任芝加哥大学教授,美,美国科学院院长;还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员,1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。
迈克耳孙主要从事光学和光谱学方面的研究,他以毕生精力从事光速的精密测量,在他的有生之年,一直是光速测定的国际中心人物。他发明了一种用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉仪(迈克耳孙干涉仪),在研究光谱线方面起着重要的作用。,进行了著名的迈克耳孙-莫雷实验,这是一个最重大的否定性实验,它动摇了经典物理学的基础。他研制出高分辨率的光谱学仪器,经改进的衍射光栅和测距仪。迈克耳孙首倡用光波波长作为长度基准,提出在天文学中利用干涉效应的可能性,并且用自己设计的星体干涉仪测量了恒星参宿四的直径。
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由于创制了精密的光学仪器和利用这些仪器所完成的光谱学和基本度量学研究,迈克耳孙于1907年获诺贝尔物理学奖金。
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一、迈克尔逊干涉仪结构图
1 2
S
N
P
G1
G2
M1
M2
M2
1
2
G2使光束1、2到达P之前都是三次通过玻璃板, 无膜。
S:
点光源
N:
毛玻璃片
G1:
分光板,后表面镀有半反射银膜
M1:
固定的平面反射镜
P:
观察点
M2:
可左右移动的平面反射镜
G2:
补偿板
M2:
M2在G1的银膜所成的虚象
P处观察的如同M1和M2之间的空气膜产生的干涉图样。
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或收缩到中心消失( 膜厚减小时)。
(a)
M1和M2严格垂直时,
观察到等倾干涉条纹,
M2移动时,圆环形的等倾干涉条纹不断地从中心冒出( M1、M2间距增大时);
当M2移动时,条纹相继在视场中移过。
(b)
M1和M2不严格垂直时,
观察到等厚干涉条纹,
上述两种情形,当 M2 平移时,光程差改变
经视场中的一点移过一条条纹(a、外展或内敛;b、平移) 。
M2 的平移距离与条纹移动数目间的关系:
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二、光源的相干性
1、光源的时间相干性
能级跃迁辐射
光源
同一原子先后发的光
不同原子
发的光
设光源中原子每次发光的持续时间为(相干时间),则每一列波在真空中的长度(相干长度)为:
来自同一光源经不同路径相遇的光, 只有其光程差时才能相干,即发生干涉的区域必须满足
决定于故称为光源的时间相干性.
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2、光源的空间相干性
S1
S2
S
S
设杨氏实验中透镜后单缝宽为其上任意两个相距的线光源分别在屏上产生宽度均为的明、暗相间的干涉条纹。
设S的某级明纹在处,S的同级明纹在处.
考虑到有
当即时, S和S的明、暗纹重合。
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当时,单缝上一系列相距的线光源的明、
暗纹重合,
不能出现干涉条纹。
条件称为光源的空间相干性。
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、光的衍射现象
、单缝的夫琅禾费衍射
、光学仪器的分辨本领
、光栅衍射
、X射线的衍射
第17章光的衍射
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