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1、第第4篇篇 波波 动动 光光 学学第十三章 光的干涉 http:/2 光光学学几何光学几何光学波动光学波动光学量子光学量子光学光的光的偏振偏振光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射结构框图结构框图31. 光谱光谱 实验证明实验证明, 引起眼睛视觉效应和光化学效应的是光波中引起眼睛视觉效应和光化学效应的是光波中的电场的电场, 所以我们把光波中的电场强度所以我们把光波中的电场强度E称为称为光矢量光矢量(或或光振光振动动)。13-1 光的相干叠加光的相干叠加4光源的最基本发光单元是分子、原子。光源的最基本发光单元是分子、原子。2.光源和原子的发光模型光源和原子的发光模型被激发到较高能级的原子跃迁到低能级时
2、，多余的能量以光被激发到较高能级的原子跃迁到低能级时，多余的能量以光的形式发射出来。的形式发射出来。原子的能量不连续原子的能量不连续 能级能级E1E2E3E45光源光源普通光源普通光源(自发辐射自发辐射)激光光源激光光源(受激辐射受激辐射)非相干光非相干光相干光相干光 持续时间有限持续时间有限 波列长度有限波列长度有限波列波列一个原子一次跃迁，发出一个光波波列，一个原子一次跃迁，发出一个光波波列，其频率：其频率：E1E2E3E463.光波的叠加原理光波的叠加原理 当几列光波在空间相遇时，其合成光波的光矢量当几列光波在空间相遇时，其合成光波的光矢量 等等于各列光波光矢量于各列光波光矢量 之和，即
3、之和，即PS1S2r1r2设两列振动方向相同的光波在设两列振动方向相同的光波在P点相遇：点相遇：7合成光波：合成光波：光强：光强：干涉干涉项显然一般情况光强不满足叠加性。显然一般情况光强不满足叠加性。E0E10E208 对普通光源来说，由于原子发光是间歇的、随机的、独对普通光源来说，由于原子发光是间歇的、随机的、独立的，因而由两个独立光源或从同一光源不同的部分发出的立的，因而由两个独立光源或从同一光源不同的部分发出的光其频率、相位及振动方向都可能不同。光其频率、相位及振动方向都可能不同。 在观测时间内，在观测时间内， 可以取可以取02 间的一切可能值间的一切可能值, 且机且机会均等会均等，所以
4、干涉项：，所以干涉项：光的光的非相干非相干叠加叠加94.光的相干叠加光的相干叠加 两束光两束光: (1)频率相同；频率相同； (2)光振动方向相同；光振动方向相同； (3)相差恒定；相差恒定； 相干光相干光则：则：PS1S2r1r2 的取值与时间无关，只与的取值与时间无关，只与P点的位置有关，点的位置有关，所以干涉项：所以干涉项：10PS1S2r1r2=干涉相长干涉相长干涉相消干涉相消对空间确定点对空间确定点 有确定值，有确定值，I 有确定值有确定值光强在空间有一稳定的非均匀分布光强在空间有一稳定的非均匀分布 干涉现象干涉现象对空间不同点对空间不同点 彼此不同，彼此不同，I 彼此不等彼此不等当
5、当11特例：特例：相长处：相长处：I=4I1 亮纹亮纹如果如果I1=I2 ，则合成光强为，则合成光强为相消处：相消处：I=0 暗纹暗纹5.如何获得相干光如何获得相干光 ?普通光源普通光源分光束分光束波振面分割法：杨氏双缝干涉波振面分割法：杨氏双缝干涉振幅分割法：薄膜干涉振幅分割法：薄膜干涉激光激光12在真空中，在真空中，光程光程=光所走过的几何路程光所走过的几何路程在媒质中，光程在媒质中，光程=？媒质的折射率媒质的折射率r2S1S2Pr1n1n2几何路程几何路程 = r1相位落后相位落后真空中的波长真空中的波长等效为真空中的几何路程等效为真空中的几何路程折射率折射率几何路程几何路程13-2 光
6、程和光程差光程和光程差13S2和和S1在在P点的点的光程差：光程差：相位差：相位差：注意：薄透镜不引起附加光程差注意：薄透镜不引起附加光程差(物点与象点间各光线等光程物点与象点间各光线等光程)r2S1S2Pr1n1n2亮亮纹纹 暗纹暗纹当当 =即初相相等的两束相干光干涉的强弱取决于光程差。即初相相等的两束相干光干涉的强弱取决于光程差。真空中的波长真空中的波长1413-3 双缝干涉双缝干涉一一. 杨氏双缝杨氏双缝1.实验装置实验装置 2.光程差光程差 由于由于Ld，所以，所以S2和和S1是来自同一波振面是来自同一波振面上的两束相干光。上的两束相干光。s2s1PoLds *r2r1xx15s2s1
7、PoLds *r2r1xxK=0K=1K=1K=2K=23.明暗纹条件明暗纹条件上式中上式中k称为干涉条纹的级次。称为干涉条纹的级次。 明明纹纹 暗纹暗纹164.明暗条纹的位置明暗条纹的位置s2s1poLds *r2r1xxK=0K=1K=1K=2K=2暗纹，暗纹，k =0,1,2,.明纹，明纹，k =0,1,2,.中央明纹中央明纹17(1)干涉条纹是平行双缝的直线条纹。中央为零级明纹，上下干涉条纹是平行双缝的直线条纹。中央为零级明纹，上下对称，明暗相间，均匀排列。对称，明暗相间，均匀排列。(2)相邻亮纹相邻亮纹(或暗纹或暗纹)间的距离为间的距离为5.条纹特征：条纹特征：明纹明纹双缝间距越小、
8、屏到缝的距离越远，条纹越疏；反之，双缝间距越小、屏到缝的距离越远，条纹越疏；反之，越密。越密。 一定，一定，18 则则除除了了中中央央亮亮纹纹仍仍是是白白色色的的外外，其其余余各各级级条条纹纹形形成成从从中中央央向向外外由由紫紫到到红红排排列列的的彩彩色色条条纹纹光光谱谱，并并随随着着级级次次的的增增加加，条条纹纹发发生生重重叠。叠。S* d、L一定，一定， (3)如用白光作实验如用白光作实验, 19例例1 双缝间的距离双缝间的距离d=0.25mm, 双缝到屏幕的距离双缝到屏幕的距离L=50cm, 用用波长波长40007000的白光照射双缝，求第的白光照射双缝，求第2级明纹彩色带级明纹彩色带(
9、第第2级光谱级光谱)的宽度。的宽度。 解：解： 明纹坐标为明纹坐标为代入：代入：d=0.25mm, L=500mm, 2=710-4mm , 1= 4 10-4mm得：得： a =1.2mmk=0k=1k=2k=1k=2a所求第所求第2级明纹彩色带级明纹彩色带(光谱光谱)的宽度实际上是的宽度实际上是7000的第的第2级亮纹和级亮纹和4000的的第的的第2级亮纹之级亮纹之间的距离间的距离a。20例例2 在杨氏双缝实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光光在杨氏双缝实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光光源，其波长范围为源，其波长范围为485nm495nm .试估算从第几级开始，条纹试估算从第几级开
10、始，条纹将变得无法分辨？将变得无法分辨？ 设该蓝绿光的波长范围为设该蓝绿光的波长范围为 相应于相应于 1和和 2，杨氏干涉条纹中，杨氏干涉条纹中k级明纹的位置分别为：级明纹的位置分别为：因此，因此，k级干涉条纹所占的宽度为级干涉条纹所占的宽度为显然显然, 此宽度与级次此宽度与级次k有关有关 解：解： 21最先发生重叠的是某一级次的绿光最先发生重叠的是某一级次的绿光( 2)和高一级次的蓝光和高一级次的蓝光( 1).即重叠的条件应为：即重叠的条件应为：xk+1 ( 1) xk ( 2)取取k=4, 即从第五级开始，干涉条纹变得无法分辨。即从第五级开始，干涉条纹变得无法分辨。22例例3 将双缝用厚将
11、双缝用厚e、折射率分别为、折射率分别为n1=1.4、n2=1.7的透明薄膜盖的透明薄膜盖住，发现原中央明级处被第五级亮纹占据住，发现原中央明级处被第五级亮纹占据, 如图所示。所用波如图所示。所用波长长 =6000, 问：原中央明级移到何处？膜厚问：原中央明级移到何处？膜厚e=? 解解: 两光线到达中央处的光程差是两光线到达中央处的光程差是5 ，且，且n2 n1，由此推知原中央明级由此推知原中央明级向下移到原第五级亮纹处。向下移到原第五级亮纹处。 两光线到达中央处的光程差：两光线到达中央处的光程差： =(n2 -n1)e=10-5moen1n2e=5 (零级零级)23二二. 其它分波阵面干涉其它
12、分波阵面干涉 1.菲涅耳双面镜菲涅耳双面镜2.洛埃镜洛埃镜S1S2MOO24 实验发现，屏上的实验发现，屏上的明暗纹恰好与杨氏双缝相反。明暗纹恰好与杨氏双缝相反。当屏移到当屏移到镜边缘镜边缘o o时，时， o o处出现暗条纹。处出现暗条纹。当光从光疏媒质入射到光密媒质时，在正入射和掠入射的情当光从光疏媒质入射到光密媒质时，在正入射和掠入射的情况下，反射光有半波损失。况下，反射光有半波损失。这一实验事实已被电磁理论所证实。这一实验事实已被电磁理论所证实。计算计算反射光的反射光的光程差时，另加光程差时，另加(或减或减) /2；计算位相差时，另；计算位相差时，另加加(或减或减) 。 光在镜子表面反射
13、时有相光在镜子表面反射时有相位位 的的突变突变。S1S2MOO25n1n2n1e13-4 薄膜干涉薄膜干涉一一. 薄膜干涉公式薄膜干涉公式 在一折射率为在一折射率为n1的均的均匀透明介质中，放入一匀透明介质中，放入一折射率为折射率为n2、厚度为、厚度为e 的的薄膜薄膜, 用扩展光源照射薄用扩展光源照射薄膜，其反射和透射光如膜，其反射和透射光如图所示。图所示。透射光透射光S *1.反射光反射光a1与与a2的光程差为：的光程差为：反射光反射光BCAi D? ?26由折射定律和几何关系可得出：由折射定律和几何关系可得出：代入代入或写为或写为：得出得出：反射光反射光n1n2n1e透射光透射光S * B
14、CDiA272.薄膜干涉的明、暗纹条件是：薄膜干涉的明、暗纹条件是：当当3.两透射光线两透射光线b1、b2 的光程差是的光程差是反射光相互加强时透射光相互减弱，反射光相互加强时透射光相互减弱，当反射光相互减弱时，透射光相互加当反射光相互减弱时，透射光相互加强，强，两者是互补的。两者是互补的。明纹明纹暗纹暗纹n1n2n1e BCDiA28有附加光程差有附加光程差无附加光程差无附加光程差4.如果薄膜两侧介质的折射率不同，反射光如果薄膜两侧介质的折射率不同，反射光a1与与a2光程差：光程差：或或或或n3n2n1e BCDiA故反射光故反射光a1与与a2光程差：光程差：29倾角倾角i相同的光线对应同一
15、条干涉条纹相同的光线对应同一条干涉条纹 薄膜厚度薄膜厚度e相同相同等倾干涉等倾干涉等倾条纹。等倾条纹。薄膜厚度薄膜厚度不等，不等，i 相同相同等厚干涉等厚干涉同一厚度同一厚度e对应同一级条纹对应同一级条纹 等厚条纹。等厚条纹。5.薄膜薄膜干涉的干涉的两种情况：两种情况：n3n2n1e BCDiA30例例4 一一油油轮轮漏漏出出的的油油(折折射射率率n1=1.20)污污染染了了某某海海域域, 在在海海水水(n2=1.30)表表面面形形成成一一层层薄薄薄薄的的油油污污。 (1) 如如果果太太阳阳正正位位于于海海域域上上空空, 一一直直升升机机的的驾驾驶驶员员从从机机上上向向下下观观察察, 他他所所
16、正正对对的的油油层层厚厚度度为为460nm。则则他他将将观观察察到到油油层层呈呈什什么么颜颜色色? (2) 如如果果一一潜潜水水员潜入该区域水下员潜入该区域水下, 又将观察到油层呈什么颜色又将观察到油层呈什么颜色?解解： 太太阳阳垂垂直直照照射射在在海海面面上上, 驾驾驶驶员员和和潜潜水水员员所所看看到到的的分分别别是是反射光反射光的干涉结果和的干涉结果和透射光透射光的干涉结果的干涉结果.(1)由于由于n空气空气 n1n2 ， 两反射光之间的光程差为两反射光之间的光程差为n空气空气n1n231反射光干涉形成极亮反射光干涉形成极亮把把n1=1.20, e=460nm代入。得干涉加强的光波波长为代
17、入。得干涉加强的光波波长为 k=1, 1=2n1e=1104nm k=2, 2=n1e=552nm k=3, 3=2/3n1e=368nm其中，波长为其中，波长为 =552nm的绿光在可见范围内，的绿光在可见范围内， 和和 则则分别在红外线和紫外线的波长范围内，所以，驾驶员看到的分别在红外线和紫外线的波长范围内，所以，驾驶员看到的油膜油膜呈绿色呈绿色。n空气空气n1n232(2)此题中透射光的光程差为此题中透射光的光程差为潜水员看到的油膜潜水员看到的油膜呈紫红色呈紫红色。透射光干涉形成极亮透射光干涉形成极亮n空气空气n1n2n1=1.20, e=460nm33例例5 光线以光线以i =30 入
18、射到折射率入射到折射率n2=1.25的空气中的薄膜上。的空气中的薄膜上。当波长当波长 1=6400时，反射最大；而当波长时，反射最大；而当波长 2=4000时，反射时，反射最小。求薄膜的最小厚度。最小。求薄膜的最小厚度。解解 由于是空气中的薄膜，一定有由于是空气中的薄膜，一定有附加光程差附加光程差，故，故 = 1时，时，由上面两式得由上面两式得: (2k1-1) 1=2k2 2 = 2时，时，34= 6983 即即 4(2k1-1)=5k2 由由于是得于是得要要膜厚最小，膜厚最小， 取取k1=3，k2=435二二. 增透膜和高反射膜增透膜和高反射膜(1)增透膜：增透膜：膜的厚度适当时，可使某种
19、波长的反射光因干涉而膜的厚度适当时，可使某种波长的反射光因干涉而减弱，则该波长在对应方向的透射光一定干涉而加强。减弱，则该波长在对应方向的透射光一定干涉而加强。(2)增反膜增反膜(高反射膜高反射膜)：膜的厚度适当时，能使某些波长的反射膜的厚度适当时，能使某些波长的反射光因为干涉而增强，从而使该波长的光更多地反射。光因为干涉而增强，从而使该波长的光更多地反射。n1n2如照相机、摄像机等的镜头上镀一层厚度如照相机、摄像机等的镜头上镀一层厚度均匀的透明薄膜。均匀的透明薄膜。 如如HeNe激光器要求反射激光器要求反射99%，这时可在元件表面多层，这时可在元件表面多层镀膜以增强反射，这类薄膜称为镀膜以增
20、强反射，这类薄膜称为增反膜增反膜或高反射膜。或高反射膜。36 例例6 已知：照相机镜头已知：照相机镜头(n3=1.5)，其上涂一层，其上涂一层 n2=1.38的氟化镁的氟化镁增透膜，用波长增透膜，用波长 =550nm光线垂直入射。问：若反射光相消干光线垂直入射。问：若反射光相消干涉的条件中涉的条件中, 取取 k=1，膜的厚度为多少？此增透膜在可见光范，膜的厚度为多少？此增透膜在可见光范围内有没有增反？围内有没有增反？解：解： 1.50e1.38所以反射光干涉相消的条件是：所以反射光干涉相消的条件是：取取k=1, 膜的厚度为膜的厚度为37此膜对反射光干涉相长的条件：此膜对反射光干涉相长的条件：在
21、可见光波长范围在可见光波长范围波长波长412.5nm的紫光有增反。的紫光有增反。这就是为什这就是为什么么在阳光下观察照相机镜头呈现紫色在阳光下观察照相机镜头呈现紫色。1.50e1.3838n1n1n1n2n2n2实际使用中，光线垂直入射，根据要求实际使用中，光线垂直入射，根据要求每层膜反射光加强，则每层膜反射光加强，则ZnS的最小厚度：的最小厚度：k=1MgF2的最小厚度：的最小厚度：k=1解：解：例例7 氦氖激光器中的谐振腔反射镜，要求对波长氦氖激光器中的谐振腔反射镜，要求对波长 =6328A的的单色光反射率达单色光反射率达99%以上，为此在反射镜的玻璃表面上交替镀以上，为此在反射镜的玻璃表
22、面上交替镀上上 ZnS (n1=2.35)和低折射率的材料和低折射率的材料 MgF2 (n2 =1.38)共十三层，共十三层，求每层膜的实际厚度？（按最小厚度要求）求每层膜的实际厚度？（按最小厚度要求）o39三三. 等厚干涉等厚干涉 在厚度相同的地方对应于干涉图样中的一条纹在厚度相同的地方对应于干涉图样中的一条纹, 薄膜厚度薄膜厚度不同处对应不同干涉条纹，条纹形状与薄膜等厚线相同，不同处对应不同干涉条纹，条纹形状与薄膜等厚线相同，故将故将此类干涉条纹称为此类干涉条纹称为等厚条纹等厚条纹。 等厚干涉是等厚干涉是平行光平行光入射到入射到厚度不均匀厚度不均匀的透明薄膜上反射的透明薄膜上反射产生的。产
23、生的。讨论简单的情况：讨论简单的情况：平行光垂直入射；平行光垂直入射；两种典型的等厚干涉：劈尖、牛顿环两种典型的等厚干涉：劈尖、牛顿环401.劈尖的干涉劈尖的干涉劈尖：一种劈尖形的透明薄膜，劈尖：一种劈尖形的透明薄膜，如图所示空气劈尖，如图所示空气劈尖，明、暗纹条件：明、暗纹条件：e n1n1n2A 入射光入射光平行光垂直入射，反射光平行光垂直入射，反射光1、 2在膜面的光程差在膜面的光程差反射光反射光1反射光反射光2(k=0,1,2) 明纹明纹 暗纹暗纹(k=1,2)41条纹特点条纹特点:劈尖表面附近形成的是一劈尖表面附近形成的是一系列与棱边平行的、明暗系列与棱边平行的、明暗相间等距的直条纹
24、。相间等距的直条纹。棱边处为暗纹。棱边处为暗纹。条纹间距：条纹间距：位置位置: 明纹中心对应的厚度明纹中心对应的厚度棱边棱边42条纹变化条纹变化:在劈尖干涉装置中，如果保持在劈尖干涉装置中，如果保持其劈角不变，而膜的厚度增大其劈角不变，而膜的厚度增大或减小，条纹将怎样变化？或减小，条纹将怎样变化？讨论讨论劈角增大或减小，条纹又如何变化？劈角增大或减小，条纹又如何变化？当劈尖膜厚度增加时，干涉条纹间距不变，但向着棱边移动；当劈尖膜厚度增加时，干涉条纹间距不变，但向着棱边移动；反之，则向着离开棱边移动。反之，则向着离开棱边移动。劈角劈角 增大，条纹变密，反之条纹变疏。增大，条纹变密，反之条纹变疏。
25、43 劈尖的应用劈尖的应用 测波长测波长 ： 已知已知 、n，测，测L可得可得 测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化 测折射率：已知测折射率：已知 、 ，测测L可得可得n等厚条纹等厚条纹待测工件待测工件标准平面玻璃标准平面玻璃棱边棱边 测表面不平度测表面不平度44例例8 已知已知SiO2和和Si的折射率分别为的折射率分别为n2=1.57和和n3=3.42, 所用波长所用波长为为 =6000，观察到劈尖上共出现，观察到劈尖上共出现8条暗纹条暗纹, 且第八条暗纹恰好且第八条暗纹恰好出现在斜面的最高点。求出现在斜面的最高点。求SiO2薄膜的厚度。薄膜的厚度。由薄膜公式，得：由薄膜公式
26、，得：k=0,1,2,.此时尖顶处是亮纹还是暗纹？此时尖顶处是亮纹还是暗纹？取取k=7, 得得SiO2e1.573.42Si解：解：45LD例例9： 如图如图 =600nm ，i=0，若劈尖内充满若劈尖内充满 n=1.40 的液体时相的液体时相邻明纹的间距比劈尖内是空气的间距缩小邻明纹的间距比劈尖内是空气的间距缩小 l=0.5nm ，问问 =?解解: 空气劈尖时，间距空气劈尖时，间距液体劈尖时，间距液体劈尖时，间距46例例10 在检测某工件表面平整度时在检测某工件表面平整度时, 在工件上放一标准平面玻璃在工件上放一标准平面玻璃, 使其间形成一空气劈尖，并观察到弯曲的干涉条纹，如图所示。使其间形
27、成一空气劈尖，并观察到弯曲的干涉条纹，如图所示。试根据条纹弯曲方向试根据条纹弯曲方向, 判断工件表面上纹路是凹还是凸判断工件表面上纹路是凹还是凸? 并求纹并求纹路深度路深度H。由于同由于同一级条纹对应的厚度相同，由一级条纹对应的厚度相同，由条纹路弯曲情况可知，条纹路弯曲情况可知，由图可知：由图可知：H=asin 而：而：Hla工件工件标准平面标准平面解解:工件表面的纹路是工件表面的纹路是凹凹下去的。下去的。所以所以纹路深度纹路深度472.牛顿环牛顿环平板玻璃上放置平板玻璃上放置曲率半径很大的曲率半径很大的平凸透镜平凸透镜, 二者之间二者之间形成一层很形成一层很薄的环状劈形膜。薄的环状劈形膜。平
28、行光垂直入射平行光垂直入射, 在反射光中观察在反射光中观察到一组以接触点为中心的同心圆到一组以接触点为中心的同心圆环环, 称为称为牛顿环牛顿环。明、暗纹条件：明、暗纹条件： 明纹明纹 暗纹暗纹(k=1,2)(k=0,1,2)48条纹特点条纹特点:明、暗纹半径：明、暗纹半径：以接触点为中心的明暗相间的同心圆环以接触点为中心的明暗相间的同心圆环中心中心暗斑暗斑设第设第k级干涉环的半径为级干涉环的半径为r得得略去略去49暗纹：暗纹：第第k级级暗环半径暗环半径明纹：明纹：第第k级级明环半径明环半径白光照射出现彩环白光照射出现彩环条纹内疏外密条纹内疏外密50牛顿环的应用牛顿环的应用 测透镜球面的半径测透
29、镜球面的半径R： 已知已知 , 测测 m、rk+m、rk，可得，可得R 。 测波长测波长 ： 已知已知R，测出测出m 、 rk+m、rk， 可得可得 。 检验透镜球表面质量检验透镜球表面质量(例例13.4.6)标准验规标准验规待测透镜待测透镜暗纹暗纹 条纹变化条纹变化:平凸透镜上移：平凸透镜上移：平凸透镜下移：平凸透镜下移：中心点亮暗交替，周围圆环不断向中心缩进中心点亮暗交替，周围圆环不断向中心缩进中心点亮暗交替，周围圆环不断向外扩大中心点亮暗交替，周围圆环不断向外扩大51例例11 用紫光照射，借助于低倍测量显微镜测得由用紫光照射，借助于低倍测量显微镜测得由中心往外数第中心往外数第 k 级明环
30、的半径级明环的半径 , k 级往上数第级往上数第16 个明环半径个明环半径 ，平，平凸透镜的曲率半径凸透镜的曲率半径R=2.50m。求：紫光的波长？求：紫光的波长？解：解：根据明环半径公式：根据明环半径公式：NMO52例例12 牛顿环装置由曲率半径牛顿环装置由曲率半径(R1和和R2)很大的两个透镜组成，设很大的两个透镜组成，设入射光波长为入射光波长为 ，求明、暗环半径，求明、暗环半径。解解 由薄膜公式，得由薄膜公式，得明环明环(k=1,2)暗环暗环(k=0,1,2.)=由图知：由图知：明环半径明环半径 暗环半径暗环半径eo1o2R2R1e1e2r5313-5 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 时间
31、相干性时间相干性当当M1、M2不不严严格格垂垂直直时时, M1和和M2之之间间形形成成空空气气劈劈尖尖-等厚条纹等厚条纹sG1G2M1M221一一. 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪当当M1、M2严格垂直时严格垂直时, M1 和和M2之间形成等厚空气膜之间形成等厚空气膜 -等倾条纹等倾条纹 54迈迈克克耳耳逊逊干干涉涉仪仪有有着着广广泛泛的的用用途途, 如如精精密密测测量量长长度度、测测媒媒质质的的折折射射率率、检检查查光光学学元元件件的的质质量量和和测测定定光光谱谱精细结构等。精细结构等。sG1G2M1M221 每当每当M1移动移动 , 光线光线1、2的光程差就改变一个的光程差就改变一个 ，视场
32、，视场中就会看见中就会看见一条条纹移过。一条条纹移过。如果看见如果看见N条条纹移过，则反射镜条条纹移过，则反射镜M1移动的距离是移动的距离是55例例13 把厚度为把厚度为e、折射率为、折射率为n=1.40的透明薄膜插入迈克耳逊干的透明薄膜插入迈克耳逊干涉仪的一臂涉仪的一臂(一条光路一条光路)中，中，(1)求光线求光线1、2光程差和位相差的改光程差和位相差的改变量；变量；(2)若插入薄膜的过程中，观察到若插入薄膜的过程中，观察到7条条纹移过，所用波条条纹移过，所用波长长 =5890，求，求薄膜的厚度薄膜的厚度e=?解解 (1) =2(n-1)e ;(2)由由: =2(n-1)e=7 得：得：sG
33、1G2M1M22e n156二二. 时间相干性时间相干性 显然，要产生相干，两束光的光程差就必须小于一个波显然，要产生相干，两束光的光程差就必须小于一个波列长度：列长度： L=c L相干长度。相干长度。 波列波列波列长波列长L = c普通光源普通光源分光束分光束相干光相干光57b1a2a1b2abb2a1a2b1sG1G2M1M22158 因为相干长度因为相干长度 L=c ，其中，其中 为发光持续时间，为发光持续时间， c为真空为真空中的光速，所以相干长度中的光速，所以相干长度 L也可以用也可以用 来描述，称它为来描述，称它为相干相干时间时间，由它决定的相干性为，由它决定的相干性为时间相干性时间相干性。 光的时间相干性与光的单色性有关光的时间相干性与光的单色性有关 谱线宽度谱线宽度 相干长度与谱线宽度成反比，相干长度与谱线宽度成反比，光源的单色性愈好，相干长度愈大光源的单色性愈好，相干长度愈大, 时间相干性愈好。时间相干性愈好。由傅立叶积分可求得谱线宽度由傅立叶积分可求得谱线宽度与相干长度的关系为与相干长度的关系为
