光的干涉现象探讨.doc

论文提要光波的干涉现象在生活中不难看到,潮湿的柏油路面或水面上漂浮的油膜在阳光下会看到某些彩色;吹其的肥皂泡在阳光下看可以观察到五彩缤纷的色彩,颜色会因为泡的变大而变换;昆虫的翅膀在阳光的照射下会呈现出五颜六色的变换。。。。。。这些都是光波的干涉现象。但两根蜡烛交织在一起的光,无论如何也不能产生干涉,由此可见,光的干涉现象虽不难实现,但并非任意的两列光都可产生干涉现象。为产生光的干涉,相遇的光波必须满足某些条件,本文就对如何产生光的干涉进行讨论。光的干涉现象探讨陈欢摘要:经过分析讨论,得出实现干涉需要三个条件:频率相同,振动方向相同和相位差恒定。为了使干涉条纹更清晰还需要一些附加条件,即光强或振幅要相近,两束相干光波波长大于等于最大光程差,光源的宽度要适当。产生光的干涉的方法有分波面法和分振幅法。关键词:相干光;干涉;稳恒相位差;可见度两列光波频率相同,在相遇处振动方向沿同一直线且相位差恒定,则它们叠加后产生的合振动可能在有些地方加强,在有些地方减弱,这种强度按空间周期性变化的现象称为干涉[1]。从定义上可知要想看到光的干涉现象要具备以上三个条件(其中光矢量振动方向相同则可得到较理想的干涉图样,若存在互相平行的振动分量也可看到干涉现象只是可能不清楚)。那为什么需要这三个条件呢?本文将从光的叠加性出发,用一些简单的数学知识,由任意两束光波的叠加推导出光的干涉条件。一、产生光干涉的三个基本条件设和为两光源,光源发出的光的圆频率分别为、,初相位分别为、则两列光波传到P点的振动方程分别为:式中、都是常数,这两列波在点p叠加,叠加后的光矢量可表示为,而按光的电磁理论,光强度正比于电场强度矢量平方的时间平均值,即而我们实际观察到的总是在较长时间内的平均强度,所以(1)令,可得到:(2)(其中为与之间的夹角)由于干涉定义,要使之产生干涉现象(2)式中的干涉项不能为0,首先必须0,即要有平行分量,而要使光在相遇区域加强和减弱明显,必须尽量大,由此可得出一个相干条件:两光矢量振动方向几乎相同,即为2或0,则,则(3)此式说明,两束任意的振动方向相同的光波在空间相遇时,合成光波的光强有可能不等于光波1、2的光强与之和,即。在和确定的情况下,式(3)中,只有的数值是可能发生变化的,当光波1、2的位相差取某些值时使得0时,由于光波的叠加,引起了光强在空间的重新分布,有的地方加强(表现为亮条纹),有的地方减弱(表现为暗条纹),明暗相间就形成了干涉条纹。由以上分析,两列光波要产生干涉还必须要保证0,严格的说,必须保证对时间的平均值不等于0。而普通光源(如太阳光、白炽灯)的发光是由于原子(或分子)的辐射而产生的,各个原子的辐射是在不同瞬间发生的,每一次发光的持续时间十分短,一般小于百分之一微秒,而且辐射是随机的、不规则的。这个随机变化的时间比起我们用以测量光强的测量器的响应时间要短的多,比起我们进行测量时记取读数的时间也短的多。因此,我们观察和测量到的光强,实际上是该处光强的时间平均值[2]。也就是要保持有稳定的位相差,则不随时间变化,就要求=0,既=。进一步保证稳定的位相差,则=,得出另外两个相干条件:两束光波频率相同,相位差恒定。二、影响干涉的附加条件在实际情况中,任何光源都不是严格的单色光,也有一定的宽度(大小),实践表明非严格的单色光和从一定宽度(大小)的光源中所分出的光