最新姚启钧光学课件--第一章课件PPT.ppt

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1、姚启钧光学课件--第一章23．光强度①通俗地讲，人眼感受或光检测仪观测到光的强度都是平均能流密度。②能流密度，是指单位时间内通过与波的传播方向垂直的单位面积的能量，也即通过单位面积的功率。③能流密度矢量是坡印廷矢量：1.1光的电磁理论光学电磁波中E⊥H，因此能流密度的瞬时值为1.1光的电磁理论光学因为故我们检测光波的存在和强弱，是通过光和物质的相互作用．但是，任何检测器件都有一定的响应时间，都不能检测电磁波能流密度的瞬时值，只能检测其在响应时间内的平均值．可见光振动周期T~10-14秒，人眼响应时间~10-1秒，灵敏的光检

2、测器响应时间~10-9秒．1.1光的电磁理论光学上两式的简谐解是上式是在三维空间传播的简谐波的表达式.式中称为波矢，它的大小k=称为波数。在光和物质的相互作用中，通常是电场起主要作用，因此，在光学中，通常把E矢量称为光矢量，把电场振动称为光振动。1.单色平面波的波动方程可以表示为：特点；振幅和传播方向均保持不变。4.光波的复数表示形式1.1光的电磁理论光学为了运算方便，常把光波场的三角函数表示式写成复数形式。三角函数cos是复数exp（i）或exp（-i）的实数部分，通常以符号Re{}表示括号内复数的实数部分。即

3、：习惯上采用后一种表示形式.1.1光的电磁理论光学则单色波的波动方程写成复数形式为：上式称为光波的复数振幅或简称复振幅。单色平面波的复振幅为：点波源产生的球面波的复振幅为：柱面波的复振幅为：用复振幅描述光波的另一个优点是计算光强特别方便，设光波的复振幅为：其共轭复数为：二者的乘绩为：即相对光强为1.1光的电磁理论光学本节结束一、机械波的独立性和叠加性1．波的独立性：从几个振源发出的波相遇于同一区域时，各自保持自己的特性（频率、振幅和振动方向等），按照自己原来的传播方向继续传播前进，彼此不受影响。此即所谓的独立性原理。2．波的叠

4、加性：两列波在相遇处的振动是按瞬时矢量叠加的，即某一时刻的合位移是各分位移的矢量和。1.2波动的独立性、叠加性和相干性光学二、干涉现象是波动的特性1．波动的特征：是能量以振动的形式在物质中依次转移，物质本身并不随波移动。2．干涉现象是光波动性的证明：凡强弱按一分布的干涉图样出现的现象，都可作为该现象具有波动本性的最可靠、最有力的实验证据。1.2波动的独立性、叠加性和相干性光学三、相干与不相干假定简谐振动，沿同一直线振动，同频率，不同位相。振动方程写为1.2波动的独立性、叠加性和相干性光学叠加：即为代数和（因为沿同一直线振动）其

5、中1．两列波在相遇处的振动叠加由于实际观察到的总是在较长时间内的平均强度，平均强度的计算方法：1.2波动的独立性、叠加性和相干性光学2．相遇处的振动叠加后的平均强度(τ是观察时间)因为振动的强度正比于振幅的平方，一般情况下两个振动叠加时，合振动的强度不等于分振动强度之和。如果相位差为其他值，合振动的强度介于Imax和Imin之间。1.2波动的独立性、叠加性和相干性光学若A1＝A2，则根据前后的分析，可以得到两列或两列以上的波在空间一点相遇能产生干涉(或相干叠加)的条件为：（1）频率相同；（3）振动方向相同.（2）两振动的相位差

6、保持不变；若在观察时间内，振动时断时续，以致它们的初相位各自独立地做不规则的改变，在0～2π之间取一切值且概率均等，则有平均强度为1.2波动的独立性、叠加性和相干性光学4．不相干叠加结果：在观察时间内强度没有空间强弱分布，此即非相干叠加。合振动的平均强度等于分振动强度之和。设有n个振动振幅都等于A1，则合成的平均强度5．多个振动的不相干叠加1.3由单色波叠加所形成的干涉图样光学托马斯·杨1．现象与解释实验结果：等间距的明暗交替的条纹。18一、波的方程与光程1．波的方程SPr波源S：波源S的振动传播到P点，P点也引起振动，振动方

7、程为：P点振动的初相1.3由单色波叠加所形成的干涉图样光学1.3由单色波叠加所形成的干涉图样光学192．光程P点振动的初相光程定义为：SPr介质折射率与光的几何路程之积物理意义：将光在介质中通过的几何路程折算到真空中的路程,便于统一用真空中的波长λ来表示相位差.20两个振源在P点各自引起的振动的位相差写为：若在观察时间内保持不变，则两个振源是相干的。特别地，若，则位相差取决于光程差。有1.3由单色波叠加所形成的干涉图样光学光程差:三、干涉图的形成在P点，按照两个振动的合成，有也即光程差满足：1.3由单色波叠加所形成的干涉图样光

8、学设两相干光源满足，n2=n1=n=11.干涉图样的形成：（1）干涉相长：即即：光程差等于半波长偶数倍的那些P点，两波叠加后的强度为最大值。1.3由单色波叠加所形成的干涉图样光学1.3由单色波叠加所形成的干涉图样光学（2）干涉相消：即：光程差等于半波长奇数倍的那些P点，两波叠