前言
在介绍了光的电磁理论基础后,对于光波叠加的进一步讨论就是光的干涉(interference),不同于一般的光波叠加,光的干涉强调的是在一段时间内在空间中某处的稳定叠加,即产生稳定的光强的强弱分布(干涉条纹)的现象.
本文按照下述脉络进行讨论
1.干涉条件:光波叠加理论基础到干涉的衔接,最后会介绍干涉的必要条件.
2.常用的干涉手段:简单介绍分波前法和分振幅法.
3.杨氏干涉实验:这是最经典的分波前法的实验.
4.条纹可见度:描述了条纹的清晰程度,通过其影响因素进而提到时间相干性和空间相干性.并顺便指出分波前法对扩展光源宽度有要求这一弊端,本质上是光源宽度
与干涉孔径角
之间的矛盾.
5.平行平板干涉:如果观察
的条纹,这依然是分波前法的干涉,这是非定域干涉,在全空间内都可以看到条纹(不同位置看到的是不同
产生的条纹),而它依然面临
与
的矛盾.随着扩展光源宽度的增加,空间不同区域干涉场的可见度下降,但下降程度不同,但存在一个特殊的区域,其可见度始终不下降,称此区域为定于中心,这里的条纹便是定域条纹,这个区域在无穷远处(或者说透镜的后焦面),而此处
,这正是分振幅干涉.所以说分振幅干涉就是实现
的干涉,这就避免了
与
的矛盾.而干涉条纹的本质是等光程差点的轨迹,在这里光程差的不同是由与光对平板的入射角的不同造成的,相同的入射角产生相同的条纹,故称等倾条纹.产生的条纹是圆环形条纹,而圆环是源于点光源发出的球面波的“球面”这个性质向二维平面的投影造成的.
6.楔形平板干涉:它显然也有
和
的干涉,即定域\非定域干涉.非定域干涉依然是不值一提的.而对于定域干涉,其定域面的位置却和平板的楔角有关,楔角越小,定域面距离平板越远,极限情况便是平行平板的无穷远.值得一提的是,厚度和倾角都会影响光程差,因此,为了分离这二者的影响,只看由厚度不同造成的不同光程差,必须用平行光照明.进而,光程差源于楔形平板的厚度,因此条纹描绘了楔形平板的等高线,相同的厚度产生相同的条纹,故称等厚条纹.
7.应用:包括激光平面干涉仪、激光球面干涉仪,进而提到经典的牛顿环实验,最后讲迈克耳逊干涉仪.
8.多光束干涉:上面讲的都是双光束干涉的情况,但实际上,光在平板内也会多