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3.8.1 干涉条纹的定域在线视频

下一节:3.8.2 平行平板产生的等倾干涉

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3.8.1 干涉条纹的定域课程教案、知识点、字幕

大家好

今天我们讲干涉条纹的定域

我们先来对前面讲过的

分波面干涉与分振幅干涉

两种方法进行一下比较

这幅图是分波面干涉的光路图

光源S发出的光

经过小孔光阑

光阑的大小是b

在通过后面孔径面上的

两个小孔S1和S2

在观察面上发生干涉

观察面的位置是任意的

所以分波面产生的干涉条纹

是非定域条纹

就是说在孔径面后面的

任何区域内

任何位置放置观察屏p

都能看到干涉条纹

但这一结论是对点光源

照明条件下的双光束干涉而言的

上次课我们讲的

空间相干性的概念

大家知道假设这个干涉装置中的

干涉孔径角为β

当光源宽度与b的乘积

小于光波波长λ的时候

可以观察到对比度

较好的干涉条纹

随着光源宽度b的增大

P平面上干涉条纹的对比度

会逐渐变差

加入小孔光阑

前面这个小孔光阑

它的目的就是为了限制

光源的大小

提高光场的空间相干性

当b与β的乘积

大于光波波长时

就不能观察到清晰的干涉条纹了

所以分波面干涉

需要满足β乘以b

小于等于λ的条件

光源越小干涉条纹的对比度

就越好

但是干涉条纹的亮度不够

光线小的时候

光线越大

干涉条纹的亮度增加了

但干涉条纹的对比度会变差

所以说条纹的亮度与清晰度

造成了一对矛盾

我们总结一下分波面干涉的特点

它生成的是非定域条纹

但需要用有限大小的光源

造成干涉条纹的亮度不够

我们再来看一下分振幅干涉的特点

这幅图是分振幅干涉的光路图

光源S发出的光

经过薄膜的上表面的反射

和折射反成两束

折射进入薄膜的光束

再通过薄膜下表面的反射

和上表面的折射

与上表面直接反射的光束

进行干涉

如果薄膜的上下表面是平行的

我们称这种为平行平板

两束反射光束方向

就互相平行

它们将在无穷远处

或者在透镜焦面上相遇

并发生干涉

也就是说只有在无穷远处

或者在透镜的焦面上

才能观察到清晰的干涉条纹

这种只能在确定的位置

才能观察到的干涉条纹

我们称之为定域条纹

产生定域干涉条纹的两束光

都是从光源发出的

同一方向的光束

即干涉孔径角β是0

所以β乘以b

小于等于λ的条件

始终可以满足

因此对光源的大小b

就没有限制了

我们总结一下分振幅干涉的特点

它生成的是定域条纹

实现了β=0的干涉

可以使光源扩展 光源

提高干涉条纹的亮度

这样就解决了前面说的

条纹亮度和清晰度的矛盾

下来我们开始讨论

干涉条纹的定域问题

看看这张图

仍然以平行平板为例

如果是点光源S照明平行平板

S经过上表面M1

成像为S1

经过下表面M2

成像为S2

S1 S2发的光在P点相遇

如果把点光源S

改成一个扩展光源

有一定的大小

用扩展光源照明平行平板的时候

那么中心点S经过

上下表面M1 M2

反射到达P点的光程差Δ

与光源上其他点

比如图中黄线所示的

光源上方的一点

经过上下表面

反射到达P点的光程差Δ1

或者下方一点

通过红线所示的光路

到达P点的光程差Δ2

Δ1 Δ2和中间点S发出的

到达P点的光程差Δ

都不相等

所以扩展光源上不同点

在空间某一点引入不同的光程差

也造成了不同的相位差

这样就会影响P点

不能确定为亮点或者是暗点

所以造成了整个空间

干涉条纹对比度下降

影响了干涉条纹的对比度

但是对于分振幅装置来说

在一些特殊的位置

如某一平面

或者曲面上可以让

扩展光源不同的点

在该面上的干涉条纹重合

形成清晰的干涉条纹

这个特殊的位置

可以是平面或者是曲面

就称为干涉条纹的定域

所谓干涉条纹的定域

就是能够得到清晰的

干涉条纹的区域

这幅图我们可以看出

在透镜的焦面上

光源上中间点S

以θ1

入射到平行平板的光束

到达P点光程差

与光源上其他点 如S’点

以相同角度入射到

平行平板的光束

到达P点的光程差

Δ’都相等

所以P点的亮暗程度是确定的

而光源上以其他角度

入射的光束

会落在交平面上的其他位置

并且以相同角度入射的光束

到达该点的光程差都相同

所以该点的亮暗程度也是确定的

换句话说扩展光源上不同的点

在透镜的焦面上

各自形成了一组干涉条纹

但是这些干涉条纹

它们之间是互相重合的

所以并不影响干涉条纹的对比度

反倒增加了干涉条纹的亮度

总结一下定域干涉条纹的特点

产生定域干涉条纹的两束光

都是从光源发出的

同一个方向的光束分开后

又会合产生的干涉

即干涉孔径角β始终是等于0的

因此对于光源的大小没有限制

可以使用面光源

在保证对比度的前提下

提高了干涉条纹的亮度

前面我们讨论了平行平板的

定域干涉

下面再来看楔形平板

就是上下表面

有一个小的夹角的平板

看看它的干涉条纹

定域如何求出来

前面说过条纹的定域面

是能够看到清晰而明亮的

干涉条纹的面

要想干涉

两束光必须相遇

所以对于先行平板来说

从扩展光源上不同的点

以相同的入射角度

发出的光束

通过楔形平板的上下表面反射

由这些成对的光束的交点连线

组成的轨迹曲面

就是定域面的位置

这种方法称为β=0作图法

总之在分振幅干涉中

点光源形成的干涉条纹

是非定域条纹

扩展光源形成的干涉条纹

是定域条纹

这一讲我们就讲到这里

谢谢

光学工程基础课程列表:

绪论——课程内容简介

-1.1.1 课程背景和内容简介

--课程背景和内容简介

-1.1.2 光学工程的特点

--光学工程的特点

-1.1.3 本课程的学习方法

--本课程的学习方法

--外部链接

绪论——预备知识

-1.2.1 微积分基础知识

--微积分基础知识

-1.2.2 光学工程中的常用函数

--光学工程中的常用函数

-1.2.3 常用函数的运算与变换

--常用函数的运算与变换

-扩展阅读

--SPIE课程:Light in Action-Lasers,Cameras&Other Cool Stuff

--SPIE课程:Optics-Light at Work

--SPIE课程:A Day Without Photonics-A Modern Horror Story

--SPIE课程:Advice to Students from Leaders in the Optics&Photonics Community

--版权说明

上篇:应用光学——光波、光线和成像

-2.1.1 基本概念和光线传播基本定律

--基本概念和光线传播基本定律

-2.1.2 成像基本概念

--成像基本概念

-2.1.3 费马原理

--费马原理

-2.1.4 等光程成像

--等光程成像

-2.1.5 常用曲面形状

--常用曲面形状

-第一次作业--作业

上篇:应用光学——近轴光学

-2.2.1 近轴光学基本概念

--近轴光学基本概念

-2.2.2 近轴球面成像

--近轴球面成像

-2.2.3 近轴球面成像放大率

--近轴球面成像放大率

-2.2.4 物像空间及光学不变量

--物像空间及光学不变量

-2.2.5 矩阵光学简介

--矩阵光学简介

-2.2.6 矩阵光学应用

--矩阵光学应用

-第二次作业--作业

上篇:应用光学——理想光学系统

-2.3.1 理想光学系统基本概念

--2.3.1 理想光学系统基本概念

-2.3.2 理想光学系统的基点与基面

--2.3.2 理想光学系统的基点与基面

-2.3.3 图解法求像

--2.3.3 图解法求像

-2.3.4 解析法求像

--2.3.4 解析法求像

-2.3.5 理想光学系统的放大率

--2.3.5 理想光学系统的放大率

-2.3.6 理想光学系统焦距关系

--2.3.6 理想光学系统焦距关系

-2.3.7 理想光学系统组合

--2.3.7 理想光学系统组合

-2.3.8 透镜与薄透镜

--2.3.8 透镜与薄透镜

-2.3.9 远摄型光组和反远距型光组

--2.3.9 远摄型光组和反远距型光组

-第三次作业--作业

上篇:应用光学——平面反射镜与棱镜

-2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜

--2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜

-2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像

--2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像

-2.4.3 反射棱镜成像方向

--2.4.3 反射棱镜成像方向

-2.4.4 棱镜转动定理

--2.4.4 棱镜转动定理

-2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜

--2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜

-2.4.6 光学材料简介

--2.4.6 光学材料简介

-第四次作业--作业

上篇:应用光学——光学系统中的光束限制

-2.5.1 光阑简介与孔径光阑

--2.5.1 光阑简介与孔径光阑

-2.5.2 视场光阑与渐晕

--2.5.2 视场光阑与渐晕

-2.5.3 远心光路

--2.5.3 远心光路

-2.5.4 景深

--2.5.4 景深

-第五次作业--作业

补充材料:光度学与色度学基础(不占学时)

-2.6.1 光度学与色度学基础

--2.6.1 辐射度学

-2.6.2 视见函数和光度学

--2.6.2 视见函数和光度学

-2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律

--2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律

-2.6.4 色度学基本概念

--2.6.4 色度学基本概念

-2.6.5 CIE标准色度学系统

--2.6.5 CIE标准色度学系统

-第六次作业--作业

上篇:应用光学——像差简介

-2.7.1 球差

--2.7.1 球差

-2.7.2 色差

--2.7.2 色差

-2.7.3 子午像差和弧矢像差

--2.7.3 子午像差和弧矢像差

-2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变

--2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变

-2.7.5 垂轴像差、波像差

--2.7.5 垂轴像差、波像差

-2.7.6 光学传递函数

--2.7.6 光学传递函数

-第七次作业(像差)--作业

上篇:应用光学——人眼

-2.8.1 人眼的光学模型

--2.8.1 人眼的光学模型

-2.8.2 人眼的缺陷与校正

--2.8.2 人眼的缺陷与校正

-2.8.3 人眼的景深

--2.8.3 人眼的景深

上篇:应用光学——光学系统的分辨率

-2.9.1 光学系统的分辨率

--2.9.1 光学系统的分辨率

-上篇:应用光学——光学系统的分辨率(光学系统分辨率)

-2.9.2 人眼的分辨率

--2.9.2 人眼的分辨率

-上篇:应用光学——光学系统的分辨率--第八次作业(人眼)

上篇:应用光学——放大镜

-2.10.1 放大镜

--2.10.1 放大镜

-上篇:应用光学——放大镜--第八次作业(放大镜)

-2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜

--2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜

上篇:应用光学——望远系统

-2.11.1 望远系统

--2.11.1 望远系统

-2.11.2 望远镜的放大倍率

--2.11.2 望远镜的放大倍率

-2.11.3 望远镜的视觉放大率

--2.11.3 望远镜的视觉放大率

-2.11.4 望远镜的分辨率

--2.11.4 望远镜的分辨率

-第九次作业(望远镜)--作业

上篇:应用光学——显微系统

-2.12.1 显微镜及其放大率

--2.12.1 显微镜及其放大率

-2.12.2 显微镜的视觉放大率

--2.12.2 显微镜的视觉放大率

-2.12.3 显微镜的孔径光阑

--2.12.3 显微镜的孔径光阑

-2.12.4 显微镜的机械筒长

--2.12.4 显微镜的机械筒长

-2.12.5 显微镜的分辨率及有效放大率

--2.12.5 显微镜的分辨率

-2.12.6 显微镜的景深

--2.12.6 显微镜的景深

-2.12.7 显微镜的照明系统

--2.12.7 显微镜的照明系统

-第九次作业(显微镜)--作业

下篇:物理光学——光的电磁性质

-3.1.1 电磁场的波动性

--3.1.1 电磁场的波动性

-3.1.2 平面电磁波及其性质

--3.1.2 平面电磁波及其性质

-3.1.3 球面波与柱面波,光波辐射与辐射能

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下篇:物理光学——在两电介质分界面上的折射和反射

-3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)

--3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)

-3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射

--3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射

-3.2.3 菲涅耳公式

--3.2.3 菲涅耳公式

-3.2.4 全反射与倏逝波

--3.2.4 全反射与倏逝波

-3.2.5 金属表面的反射

--3.2.5 金属表面的反射

-3.2节课后习题--作业

下篇:物理光学——光的吸收、色散和散射

-3.3.1 光的吸收、色散和散射

--3.3.1 光的吸收、色散和散射

下篇:物理光学——光波的叠加

-3.4.1 光波的叠加

--3.4.1光波的叠加

下篇:物理光学——干涉原理及相干条件

-3.5.1 干涉原理及相干条件

--3.5.1 干涉现象与干涉条件

-3.5节课后习题--作业

下篇:物理光学——杨氏干涉实验

-3.6.1 干涉图样计算

--3.6.1 干涉图样计算

-3.6.2 分波阵面干涉装置的特点

--3.6.2 分波阵面干涉装置的特点

-3.6节课后习题--作业

下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素

-3.7.1 时间相干性

--3.7.1 时间相干性

-3.7.2 空间相干性

--3.7.2 空间相干性

-下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素

下篇:物理光学——平板的双光束干涉

-3.8.1 干涉条纹的定域

--3.8.1 干涉条纹的定域

-3.8.2 平行平板产生的等倾干涉

--3.8.2 平行平板产生的等倾干涉

-3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉

--3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉

-下篇:物理光学——平板的双光束干涉--3.8节课后习题

下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用

-3.9.1 斐索干涉仪

--3.9.1 斐索干涉仪

-3.9.2 迈克尔逊干涉仪

--3.9.2 迈克尔逊干涉仪

-下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用

下篇:物理光学—— 平行平板的多光束干涉及其应用

-3.10.1 平行平板的多光束干涉

--3.10.1 平行平板的多光束干涉

-3.10.2 F-P 干涉仪

--3.10.2 F-P 干涉仪

-3.10.3 光学薄膜基础

--3.10.3 光学薄膜基础

-3.10.4 单层膜与多层膜

--3.10.4 单层膜与多层膜

-3.10课后习题--作业

下篇:物理光学—— 光波的标量衍射理论

-3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理

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-3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类

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-3.11节习题--作业

下篇:物理光学—— 典型孔径的夫朗和费衍射

-3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义

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-3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射

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-3.12.3 圆孔衍射

--3.12.3 圆孔衍射

-3.12节习题--作业

下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领

-3.13.1 成像系统的分辨本领

--3.13.1 成像系统的分辨本领

-下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领

下篇:物理光学—— 多缝的夫朗和费衍射

-3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射

--3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射

-3.14.2 光栅的分光性能

--3.14.2 光栅的分光性能

-3.14.3 几种典型光栅

--3.14.3 几种典型光栅

-3.14节习题--作业

下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射

-3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射

--3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射

-3.15.2 菲涅耳透镜

--3.15.2 菲涅耳透镜

-下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射(菲涅耳衍射)

下篇:物理光学—— 傅立叶光学

-3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解

--3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解

-3.16.2 光波衍射的傅里叶分析方法

--光波衍射的傅里叶分析方法

-3.16.3 透镜的傅立叶变换性质

--3.16.3 透镜的傅立叶变换性质

-3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数

--3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数

-3.16节习题--作业

下篇:物理光学—— 光学信息处理

-3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数

--3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数

-3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理

--3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理

-3.17.3 全息术

--3.17.3全息术

-3.17节习题--作业

下篇:物理光学——光在晶体中传播

-3.18.1 偏振光概述

--3.18.1 偏振光概述

-3.18.2 光在晶体中的传播

--3.18.2 光在晶体中的传播

-3.18.3 单色平面波在晶体中的传播

--3.18.3 单色平面波在晶体中的传播

-3.18.4 单轴晶体中光的传播

--3.18.4 单轴晶体中光的传播

-3.18节习题--作业

下篇:物理光学——光在晶体表面的折射和反射

-3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射

--3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射

下篇:物理光学—— 晶体偏振器件

-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)

--3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)

-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)

--3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)

-3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示

--3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示

-3.20节课后作业--作业

下篇:物理光学——偏振光的变换和测定

-3.21.1 偏振光的变换

--3.21.1 偏振光的变换

-3.21.2 偏振光的测定

--3.21.2 偏振光的测定

-3.21节课后习题--作业

下篇:物理光学——偏振光的干涉

-3.22.1 平面偏振光的干涉

--3.22.1 平面偏振光的干涉

-3.22.2 会聚偏振光的干涉

--3.22.2 会聚偏振光的干涉

-3.22节课后习题--作业

下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应

-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)

--3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)

-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)

--3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)

-3.23.2 电光效应(一)

--3.23.2 电光效应(一)

-3.23.2 电光效应(二)

--3.23.2 电光效应(二)

-3.23.3 声光效应

--3.23.3 声光效应

-下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应--3.23节课后习题

期末考试

-期末考试--作业

3.8.1 干涉条纹的定域笔记与讨论

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