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牛顿环光在哪里反射

(2009-05-27 16:09:12)
标签:

杂谈

分类: 学科知识

   要产生光的干涉现象,相遇的光波必须满足某些条件,即我们所称的“相干条件”:
相干条件:即有如下三个需同时满足的必要条件。
1、参与叠加的光波频率必须相同。
2、各光波在叠加点引起的振动必须有相互平行的振动分量。
3、各光波在叠加点引起的振动之间必须有恒定的相位差(不同叠加点可有不同的相位差)。

    从理论上讲,参与叠加的各光波同时满足了上述三个条件,干涉现象就一定会发生。对(1)(2)两个条件,是易于理解的,但对于第三个必要条件许多人则认为无此必要了。理由是:既然两列光波的频率是相同的,则在各时刻两列光波的相位差就一定是恒定的,所以薄膜干涉应与膜的厚度无关。这样的理解实质上是把任何光波都当成了无限长的波列而理想化了。对实际光源的发光来说,是不能当成无限长的波列的。这是因为微观客体的发光过程主要是自发辐射,它是一种断续的量子行为,具有发光的断续性.无规则性.独立性等特点。对于一个原子而言,当它从高能级向低能级跃迁时,会发射一有限长的光波波列。何时发出波列完全是随机的。每个原子都先后独立地断续地发出不同的波列,则一秒内初相位跃变10^9次。于是,不同原子发射的各个波列之间在振动方向和相位上均没有什么固定关系了。而且在持续时间和波列长度上实际上也相差很大。显然两个独立的普通光源,即使为频率相同的单色光,也一定不能满足第三个必要条件。

    所以通常要同时实现以上三个条件,最有效的方法是将同一光源发出的一列光波用一定的方法分光为两部分,使它们具有相同的频率和振动方向及恒定的相位差,重新构成相干光源,才能产生相干光波。

    一般有两种方法,一种是分波振面法,一种是分振幅法。分波振面法是将同一波振面上的光波分离出两部分,同一波振面的各个部分有相同的相位,这些被分离出的部分波振面可作为初相相位相同的光源,这些光源的相位差是恒定的,因此在两束光叠加区可以产生干涉。双缝干涉、双棱镜干涉等属于此类。分振幅法是利用透明薄膜的两个表面对入射光的依次反射,将入射光的振幅分割为两部分,这两束光叠加而产生干涉。劈尖、牛顿环的干涉等属于此类。

     那么为什么我们确定是空气上下表面光反射,而不是平凸透镜上下表面光反射呢?
资料显示,白色光源的相干时间Δt=3×10^15 s,相干长度只有Δl=9000唉,是很短的。所以在薄膜干涉中,“薄”是能形成干涉条纹的重要条件,即膜的厚度必须要小于波列的长度,这样经膜前后表面反射的两列波才具有相位上的相关性。“厚”的油膜因为经前后表面反射的光波相遇后已不具备了相位上的相关性,故不能满足第三个必要条件,是不会产生干涉现象的。同理,在教材介绍的薄膜干涉检查平面中,气槽实际上是很薄的,经气槽上下表面反射的两波列实际上是同一波列分出的两列波,满足相位上的相干性,所以能产生干涉现象,如气槽很厚,也是不能产生干涉现象的。而标准件的厚度因远大于波列长度,故经标准件上下两表面反射的波列已经不是同一列波,因而不能产生干涉条纹。

     最后说一下牛顿环的实验装置:一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触,在日光下或用白光照射时,可以看到接处点为一暗点,其周围为一些明暗相间的彩色圆环;而用单色光照射时,则表现为一些明暗相间的单色圆圈。

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