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1、12.1 光的干涉和干涉系统,光的干涉现象是光的波动性的主要特征，它是许多光学仪器和测量技术的基础。本章研究光的干涉特性。干涉的条件如何？如何应用干涉现象进行测量？,两者在P点的合振动的光强表示为,P点光强有最大值,P点光强有最小值,两个频率和振动方向相同的单色光波的叠加,考虑到两光波的初相位之差，则两光波的相位差为,如果在考察时间内，两光波的初相位差保持不变，光程差也恒定不变，即,则该点的强度不变，叠加区域内各点的强度都不变，那么叠加区域内将形成稳定度的强度分布，称这种现象为干涉现象,一般情况下两列频率不同，单色线偏振光的矢量波表示为,两波在 P 点处合振动的总光强为,式中,产生干涉的基本条
2、件如何？,由（3）式可知，两束光波叠加后的总强度中除了两列波的强度和之外，还多了一项交叉项 I12，它反映了这两束光的干涉效应，通常称为干涉项。,考虑到两个单色光波的振动方向之间的夹角，则叠加区域内某点的强度为,由干涉项可知，影响光强条纹稳定分布的主要因素是，两光束频率；两光束振动方向夹角；两光束的初相位（产生干涉现象的必要条件）,（1）对干涉光束的频率要求,当两束光频率相等， = 0 ，干涉光强不随时间变化，可以得到稳定的干涉条纹分布。当两束光的频率不相等， 0 时，干涉条纹将随着时间产生移动，且 愈大，条纹移动速度愈快。当时间足够长时，图像就会弥散掉。,要求两束光的频率相等。,（2）对两干
3、涉束光振动方向的要求,若 = 0，两光束的振动方向相同，存在干涉项，总光强最大或者最小，条纹最清晰；若 = / 2，两光束振动方向正交，不存在干涉项，不发生干涉；当0 / 2时，干涉项处于最大和最小之间，因此，干涉条纹清晰度介于上面两种情况之间。,要求两干涉光束的振动具有相同方向的分量,由干涉项可知，影响光强条纹稳定分布的主要因素是，两光束频率；两光束振动方向夹角；两光束的相位差（产生干涉现象的必要条件）,(3) 对两干涉光束初相位差的要求,在频率相同，振动具有方向相同部分条件下，为了获得稳定的干涉图形，两干涉光束的初相位差必须固定不变,要求两干涉光波的初相位差恒定。,满足上述三个条件的光波通
4、常称为相干光波，相应的光源称为相干光源。,（4）产生干涉现象的补充条件A、两个光波到达某一点的光程差不能大于两者最小的波列长度（时间相干性）B、光源大小必须小于临界宽度（空间相干性）,干涉现象的几点说明,如果干涉项 I12 远小于两光束光强中较小的一个，就不易观察到干涉现象；,如果两个光波的振动方向不平行，则只有其中平行分量才能形成干涉，而垂直分量将在观察面上形成背景光，影响干涉条纹的清晰度,干涉现象就是指这两束光在重叠区内形成的稳定的光强分布。所谓稳定，是指用肉眼或记录仪器能观察到或记录到条纹分布，不随时间变化。,问题：光既然是一种电磁波，就会具有波动的一般特征，应能产生干涉现象。但是，为什
5、么通常用两个日光灯照明时不会发现光的强弱稳定分布呢？如何解释？,物质是由原子、分子或离子组成，而原子有带正电的原子核及绕核运动的电子组成；电子一方面绕核做轨道运动，一方面本身做自旋运动。,高能级的原子自发地从高能级E2持续不断地向低能级E1跃迁，同时放出能量为 的光子（一个光子对应一个波长，一个余弦波）,每个单个原子的发光都不是无休止的，每次发光动作只能持续一定的时间，这个时间很短(小于10-8s)，因而每次原子发光只能产生振幅衰减的有限一段波列。,显然，这光波在真空中延长的长度l=c。我们把这种具有确定频率v而长度有限的一段光波叫做一个波列。相应的波列长度小于3m。,不同原子产生的各个波列之间、同一个原子先后产生的各个波列之间，都没有固定的相位关系，这样的两个光波并不满足上述三个必要条件。一般来说很难形成干涉现象。,分波面法：将一个波列的波面分成两部分或几部分,每一部分发出的波再相遇时，必然是相干的，杨氏干涉就属于这种干涉方法。,获得相干光源的方法,分振幅法：通常是利用透明薄板的第一、二表面对入射光的依次反射，将入射光的振幅分解为若干部分，当这些部分的光波相遇时将产生干涉。,
