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光的干涉和干涉仪
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第三章 光的干涉和干涉仪
一、教学要求：
1. 深入理解两个光波的非相干叠加和相干叠加，深入理解相干条件和光的干涉定义；
2. 了解光干涉的本质及双光束干涉的一般理论；
3。故为零。
②右端第二个时间平均值，仅当
τ< 2π/(ω2-ω1) 时，才不为零。
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§3－1 产生干涉的条件
一般，1和2均为10-15 S-1量级，而一般大于10-9 S-1。故当1和2仅仅相差百万分之一时便能使平均值为零。
既使当1和2之差在10-9 S-1之内时，可以探测到干涉项的拍频效应，但是，作为干涉现象而言，干涉场的强度分布也是不稳定的。
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§3－1 产生干涉的条件
这样，为了得到稳定的干涉现象，首先需要满足的条件是： 1=2 （1）
另：为了使干涉项不为零，其系统E10·E20应不等于零。 E10·E200 （2）
说明： E10和E20不互相垂直是产生干涉的又一个必要条件。
对于严格的单色波而言，上述两个条件是足以保证产生干涉现象
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§3－1 产生干涉的条件
然而，在光学波段内不存在严格的单色波，普通光源的每个发光原子都是间断地发光的，每次发光的持续时间为10－8 S量级。
各个原子或每个原子各次发射光波在位相上是互不相关连的。
即式中的10和20都不是常量，而是在[0，2π]区间内等概率地无规则跳跃，跳跃频率也是高达108 S－1的随机量。
这样，只要10和20各自独立地变化，则干涉项中的第二项的平值将至少是不稳定的。
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§3－1 产生干涉的条件
则，得到稳定干涉场的唯一可能是：
10和20按同样的规律跳跃变化。即
10（t）－20 （t）＝常数 　　　（３）
即：对于普通光源，仅当两个光束来自光源上的同一个地点时，才能发生干涉。
总之，（1）、（2）、（3）式共同构成了产生干涉的条件，满足这些条件的两束或多束光波称为“相干光波”。相应的光源称为相干光源。
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§3－1 产生干涉的条件
由上分析可知：
为了获得两相干光波，只能利用同一个光源或者确切地说利用同一个发光原子（一般称发光点）发出的光波，并通过具体的干涉装置使之分成两个光波。
将一个光波分离成两个相干光波，一般有两种方法。
一种方法是让光波通过并排的两个小孔或利用反射和折射方法把光波的波前分割出两个部分，此为分波前法，相应的装置为分波前干涉仪；
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§3－1 产生干涉的条件
另一种方法是利用两个部分反射的表面通过振幅分割产生两个反射光或两透射光波，此为分振幅法，相应的装置为分振幅干涉仪。
必须指出：在具体的干涉装置中，为了产生干涉现象，光是利用同一原子辐射的光波分离为两个光波，条件还不够充分，还必须使两叠加光波的光程差不要太大。
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§3－1 产生干涉的条件
因为原子辐射的光波是一段段有限长的波列，进入干涉装置的每个波列也都分成同样长的两个波列，当光程差太大（光程差大于波列长度）时，这两个波列就不能相遇。
这时相遇的是对应于原子前一时刻发出的波列和后一时刻发出的另一波列，不同时刻相遇波列的位相已无固定关系，因此不能发生干涉。
由此：为了使干涉现象发生，必须利用原子发出的同波列，即必须使光程差小于光波的波列长度。
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§3－1 产生干涉的条件
综上所述：
产生光波需要三个基本条件：　　　　
即：
1=2 　　 (1)　　　　　
E10·E200 　　　 (2)
10（t）－20 （t）＝常数 （3）
一个补充条件，光程差小于波列长度。
此外，还有一些其它条件，如，对光源大小的限制等。我们将在后面讨论。
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§3－2 双光束干涉的基本理论与杨氏干涉系统
双光束干涉的基本理论
一、两束平面波的干涉，干涉图形的描述

两束平面波满足相干条件时，它们可以写成：
其干涉项为：
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干涉项具有余弦函数的形式，其振幅是E10·E20,

余弦函数的宗量是两相干光波在考察点r处的位相差。

在稳定的干涉场中，该位相差与时间t无关，实际上，干涉项的上述特点对两束