《時間相干性》PPT課件

1、3.5 時間相關(guān)性時間相關(guān)性 由于譜線寬度的存在，準單色光由于譜線寬度的存在，準單色光入射到雙縫安裝后，不同波長光都構(gòu)成入射到雙縫安裝后，不同波長光都構(gòu)成本人的干涉條紋，除本人的干涉條紋，除0級外，其他級次級外，其他級次都將錯開，并出現(xiàn)都將錯開，并出現(xiàn)不同級次的重疊。不同級次的重疊。為簡單起見，討論為簡單起見，討論一矩形光強分布的一矩形光強分布的準單色光。準單色光。重疊處光強重疊處光強是非相關(guān)疊加的。是非相關(guān)疊加的。 /2 - +/2/2I不同波長的干涉亮紋強度極大值的位置，不同波長的干涉亮紋強度極大值的位置，按級次陳列的情況如以下圖示：按級次陳列的情況如以下圖示：22 在波長在波長 范圍內(nèi)范

2、圍內(nèi)相關(guān)長度與譜線寬度的關(guān)系：相關(guān)長度與譜線寬度的關(guān)系：波長為：波長為：波長為：波長為：2+2kMkM-1kM+1kM亮成一片亮成一片k=0k=011223)2( )2( 當波長當波長 + /2的光對應的的光對應的 kM級亮紋級亮紋與波長與波長 - /2的光對應的的光對應的 kM+1級亮紋級亮紋重合時，以后條紋連成一片。重合時，以后條紋連成一片。于是有于是有波程差波程差 m=)2)(1()2( MMkk思索到思索到上式經(jīng)整理得：上式經(jīng)整理得： MkkMkM-1kM+1kM亮成一片亮成一片k=0k=011223)2( )2( M ：兩列波能發(fā)生干涉的最大波程差，：兩列波能發(fā)生干涉的最大波程差，

3、稱為相關(guān)長度稱為相關(guān)長度 。 M越大，相關(guān)性越好。越大，相關(guān)性越好。 2)(MMk MMk M：普通單色光只有幾 mm幾 cm激光可達幾十幾百 km Mk越小，單色性越好，干涉條紋對比度越小，單色性越好，干涉條紋對比度下降越慢，相關(guān)性越好補圖。下降越慢，相關(guān)性越好補圖。 M 時間相關(guān)性越好所以所以,可以說時間相關(guān)性是波列長度有限可以說時間相關(guān)性是波列長度有限引起的。引起的。 cLM那么那么SS1S2c1c2b1b2a1a2Po從此圖可以看出從此圖可以看出:能產(chǎn)生干涉的能產(chǎn)生干涉的最大波程差就最大波程差就是波列的長度是波列的長度.假設假設L為波列長度為波列長度相干時間 ：光通過相干長度所需時間

4、時間相關(guān)性的好壞，也可以用波列長度時間相關(guān)性的好壞，也可以用波列長度 L相關(guān)長度或波列延續(xù)時間相關(guān)長度或波列延續(xù)時間 相關(guān)時間相關(guān)時間來衡量。來衡量。補充二。對光的時間相關(guān)性的了解。補充二。對光的時間相關(guān)性的了解。波列長度越大，或相關(guān)時間越大，波列長度越大，或相關(guān)時間越大，就越能看到干涉景象，就越能看到干涉景象，時間相關(guān)性就越好。時間相關(guān)性就越好。3.6 3.6 光程光程optical pathoptical path位相差在分析光的疊加時非常重要，位相差在分析光的疊加時非常重要，為便于計算光經(jīng)過不同媒質(zhì)時的位相差，為便于計算光經(jīng)過不同媒質(zhì)時的位相差，引入光程概念。引入光程概念。光經(jīng)過媒質(zhì)時光

5、經(jīng)過媒質(zhì)時 不變，但不變，但 要變?yōu)橐優(yōu)?。補圖。補圖nncncu / 真空中的波長真空中的波長 -媒質(zhì)中的波長媒質(zhì)中的波長假設媒質(zhì)厚度為假設媒質(zhì)厚度為d,前后兩點的位相差為前后兩點的位相差為ndd 22 從相位看：媒質(zhì)中間隔從相位看：媒質(zhì)中間隔d包含的波長數(shù)與包含的波長數(shù)與真空中間隔真空中間隔nd包含的波長數(shù)一樣，即二者包含的波長數(shù)一樣，即二者產(chǎn)生一樣的相差。產(chǎn)生一樣的相差。從時間看：光在媒質(zhì)中經(jīng)過間隔從時間看：光在媒質(zhì)中經(jīng)過間隔d的時間與的時間與在真空中經(jīng)過間隔在真空中經(jīng)過間隔nd的時間一樣。的時間一樣。nd折射率為折射率為n的媒質(zhì)中，光在間隔的媒質(zhì)中，光在間隔d上上的等效真空路程，稱為

6、光程的等效真空路程，稱為光程光程差相差2以后采用光程差，就可一概用真空中的波長以后采用光程差，就可一概用真空中的波長計算了計算了在光學中常用到透鏡。需求指出的是在光學中常用到透鏡。需求指出的是透鏡不產(chǎn)生附加光程差補圖透鏡不產(chǎn)生附加光程差補圖3.7 3.7 薄膜干涉一薄膜干涉一等厚條紋等厚條紋 薄膜干涉是分振幅干涉。薄膜干涉是分振幅干涉。等厚條紋等厚條紋同一條紋反映膜的同一厚度。同一條紋反映膜的同一厚度。 日常中見到的薄膜干涉：肥皂泡，雨天日常中見到的薄膜干涉：肥皂泡，雨天 地上的油膜，昆蟲翅膀，地上的油膜，昆蟲翅膀，其上的彩色。其上的彩色。 膜為何要薄？膜為何要薄？光的相關(guān)長度所限。光的相關(guān)長

7、度所限。 薄膜干涉有兩種條紋：薄膜干涉有兩種條紋：等傾條紋等傾條紋同一條紋反映入射光的同一條紋反映入射光的 同一傾角。同一傾角。一、劈尖劈形膜一、劈尖劈形膜劈尖劈尖夾角很小的兩個平面所構(gòu)成的薄膜。夾角很小的兩個平面所構(gòu)成的薄膜。1，2兩束光來自同一束入射光，兩束光來自同一束入射光，它們可以干涉它們可以干涉分振幅干涉分振幅干涉.設單色平行光入射，設單色平行光入射，在入射點在入射點A處，膜厚為處，膜厚為e，光程差，很小，21 )(22ene 在在n, 定了以后定了以后,只是厚度只是厚度e的函數(shù)的函數(shù).察看劈尖干涉的實驗安裝補圖。察看劈尖干涉的實驗安裝補圖。17- 5 等厚干涉等厚干涉nk2+()1

8、2=k2=21212n2n1n1ek+1ekl光程差：光程差：明紋明紋明紋明紋暗紋暗紋暗紋暗紋e2+一、劈尖干涉一、劈尖干涉一、劈尖干涉一、劈尖干涉劈尖干涉在膜外表附近構(gòu)成明、暗相間的條紋劈尖干涉在膜外表附近構(gòu)成明、暗相間的條紋,同一厚度同一厚度e對應同一級條紋對應同一級條紋等厚條紋等厚條紋在棱邊處在棱邊處e=0，由于半波損失而構(gòu)成暗紋。，由于半波損失而構(gòu)成暗紋。e條紋間距條紋間距 Ltan明紋明紋 3 , 2 , 1, kke , 2 , 1 , 0,212 kke 暗紋暗紋 eekek+1L相鄰兩條亮紋或暗紋對應的厚度差相鄰兩條亮紋或暗紋對應的厚度差 e： )1(22221 kneknek

9、k所以所以neeekk21 tan2nL e條紋間距條紋間距 Ltan nL2 eekek+1L演示演示: 肥皂膜劈尖的干涉肥皂膜劈尖的干涉運用舉例：運用舉例：(補圖補圖 1. 測波長測波長 . 2. 測微小直徑、厚度或鍍膜厚度、測微小直徑、厚度或鍍膜厚度、 長度變化長度變化 3. 檢測外表質(zhì)量檢測外表質(zhì)量.條紋分得更開，更好丈量。條紋分得更開，更好丈量。 L nL2 二、牛頓環(huán)二、牛頓環(huán)平行光入射平行光入射,平凸透鏡與平晶間構(gòu)成空氣劈尖。平凸透鏡與平晶間構(gòu)成空氣劈尖。22 e光程差光程差n=1e 可用 r, R 表示： rRRe2222()ReerR22 (1)暗環(huán)： 22212ek() （2） k=0,1,2,3,(1)代入代入(2)得，第得，第k級暗環(huán)半徑級暗環(huán)半徑kkRrkkrk實用的觀測公式： rrmRk mk22（暗紋）牛頓環(huán)安裝還能觀測透射光的干涉條紋，牛頓環(huán)安裝還能觀測透射光的干涉條紋，它們與入射光的干涉條紋正好亮暗互補。它們與入射光的干涉條紋正好亮暗互補。(想一想為甚麼？想一想為甚麼？)。 演示：演示： 牛頓環(huán)牛頓環(huán) kRrk 由由3 : 2 : 1 : : 321rrr， 條紋間距內(nèi)疏外密內(nèi)疏外密牛