第8章波动光学

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1、波动光学第八章光波是电磁波。光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用）的是电场强度E矢量，称为光矢量。E矢量的振动称为光振动。平面简谐电磁波：在波动光学中，主要讨论的是相对光强，因此在同一介质中直接把光强定义为：光强：在光学中，通常把平均能流密度称为光强，用表示。一、光波的描述方法8-1光波及其相干条件二、光的叠加性相干条件两频率相同，光矢量方向相同的光源发出的光在P点相遇。1、非相干叠加独立光源的两束光或同一光源的不同部位所发出的光的位相差“瞬息万变”。叠加后光强等于两光束单独照射时的光强之和，无干涉现象。

2、要使两列波在P处产生相干叠加，则两列波必须满足条件：（1）频率相同。（2）振动方向相同。（3）具有固定的位相差。相干光2、相干叠加满足相干条件的两束光叠加后位相差恒定，有干涉现象若干涉相长（加强）干涉相消（减弱）三、获得相干光波一般方法光源的最基本发光单元是分子、原子=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列波列长L=0c独立(不同原子发的光)··独立(同一原子先后发的光)1.普通光源：自发辐射发光的随机性发光的间隙性2.激光光源：受激辐射=(E2-E1)/hE1E2完全一样(频率,位相,振动方向,

3、传播方向)相干光源两个独立的光源不可能成为一对相干光源原因：原子发光是随机的，间歇性的，两列光波的振动方向不可能一致，周相差不可能恒定。钠光灯A钠光灯B两束光不相干！1分波面(前)的方法杨氏干涉2分振幅的方法等倾干涉、等厚干涉普通光源获得相干光的途径（方法）pS*分波面法分振幅法·p薄膜S*四、光程和光程差干涉现象决定于两束相干光的位相差,两束相干光通过不同的介质时，位相差不能单纯由几何路程差决定。在介质中传播的波长，折算成真空中波长的关系。光程差光程光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程即：光程这个概念可将

4、光在介质中走过的路程，折算为光在真空中的路程。12m3光程差若两相干光源是同位相的则同位相的两相干光源，干涉条件为：相位差不同光线通过透镜要改变传播方向，会不会引起附加光程差？问题A、B、C的位相相同，在F点会聚，互相加强A、B、C各点到F点的光程都相等。AaF比BbF经过的几何路程长，但BbF在透镜中经过的路程比AaF长，透镜折射率大于1，折算成光程，AaF的光程与BbF的光程相等。解释使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。1、实验装置一、杨氏双缝干涉实验S1S2S***8-2分波阵面干涉k=+1k=-2k

5、=+2k=0k=-1S1S2S***I2、杨氏干涉条纹D>>d波程差：干涉加强明纹位置干涉减弱暗纹位置(1)明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧；干涉条纹特点：(2)相邻明条纹和相邻暗条纹等间距，与干涉级k无关；两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。方法一：方法二：(3)D,d一定时，由条纹间距可算出单色光的波长二分波前干涉的其它一些实验1菲涅耳双面镜实验：实验装置：虚光源、平行于明条纹中心的位置屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕上明暗条纹中心对O点的偏离x为：暗

6、条纹中心的位置光栏2洛埃镜实验光栏当屏幕E移至E‘处，从S1和S2到L点的光程差为零，但是该处观察到暗条纹，验证了反射时有半波损失存在。问：原来的零级条纹移至何处？若移至原来的第k级明条纹处，其厚度h为多少？例：已知：S2缝上覆盖的介质厚度为h，折射率为n，设入射光的波长为.解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：所以零级明条纹下移原来k级明条纹位置满足：设有介质时零级明条纹移到原来第k级处，它必须同时满足：利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射(或折射)，可在反射方向(

7、或透射方向)获得相干光束。一、扩展光源照射下的薄膜干涉a1a2a在一均匀透明介质n1中放入上下表面平行,厚度为e的均匀介质n2(>n1)，用扩展光源照射薄膜，其反射和透射光如图所示8-3分振幅干涉光线a2与光线a1的光程差为：a1a2a半波损失由折射定律和几何关系可得出：干涉条件薄膜aa1a2n1n2n3不论入射光的的入射角如何半波损失的确定满足n1n3(或n1>n2n2>n3(或n1

8、弱。1.对于透射光：讨论：{=明纹暗纹则明暗纹公式：垂直入射时：=δδ()i光程差是入射角的函数，这意味着对于同一级条纹具有相同的倾角，称这种干涉为等倾干涉。2.如e一定,3.如入射光的入射角一定，则对应不同的厚度有不同的干涉级.(厚度相同的地方产生同一级干涉条纹）这种干涉叫等厚干涉。薄膜***S1S2S3单色光源en1n2n1n2n1>屏透镜玻璃薄膜***S1S2S3单