辅导大学学习教学教案第1章光的干涉95.ppt

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1、第1章光学的干涉几何光学（h~0,l~0）光学波动光学(h~0,l≠0)量子光学（h≠0,l≠0）波动性电磁性光波的叠加1.线性叠加原理２.独立传播原理线性介质光的干涉有限束光波相干叠加1光的干涉相干光源的获得方法光的干涉光的干涉条件:3个必要条件和2个补充条件几种典型的干涉1.明暗条纹条件,2.条纹的分布,3.条纹动态变化.迈克耳孙干涉仪增反、透薄膜劈尖等厚干涉，牛顿环F-P干涉仪杨氏干涉等分波阵面法等倾干涉光程定义:nr光程差的计算分振幅法光程薄膜干涉等厚干涉多光束干涉2§1波的描述1.光是电磁波真空中：介质中：定义：介质折

2、射率n的意义：建立了光学和电磁学的联系。2.电磁波的传播速度---光速3.折射率4.光的强度(1).光矢量用电场强度矢量表示电磁波是1)电场强度与磁场强度的矢量波(ref.附录1.2)vzxyEzH2)定义电场强度矢量E为光矢量3(2).光强度1）光强度用平均能流密度表示能流密度：单位时间内、通过与波传播垂直方向上单位面积的能量，即单位面积的功率。平均能流密度：能流密度在一个周期内的平均值，也称为光强度平均能流密度：I∝A22）相对光强：光强度的相对值相对光强：I=A2A为光振幅光在空间某点的振幅平方称为该点的光强。结论3.光波

3、的数学描述(1)一维单色平面波：波数Ez4(2)球面光波场尤拉公式：(3)波函数的复数表示:复振幅对应关系定义:复振幅53900Å紫7600Å红可见光：引起人视觉的那部分电磁波。波长范围：(390~760)nm(7.7~3.9)×1014Hz4.光波波谱infraredX-rayUVvisiblewavelength(nm)microwaveradio105106gamma-ray6§2波的干涉理论▲波相遇时，可以互不相干地通过介质，保持原有的频率、波长、振动方向等特性，就象没有遇到其它波一样。在相遇区域内，介质质点的合位移是

4、各波在该处单独引起的分位移的矢量和。（波动方程是线性的，故遵循线性迭加原理）波振动的某些点加强,某些点减弱,形成稳定的波强度分布的现象.▲干涉现象是波所独具的特性干涉：干涉现象波动性p···s1s2r1r2S1点：一.相位差和光程差S2点：P点：场点P是两个同方向的同频率的简谐振动的合成7▲相位差:初位相差此项意义？(2)当在观察时间内不变,则S1、S2就是相干光源(1)相干光，常量▲初位相差(3)为了方便，令二定义：光程物理意义：光波在折射率为n的介质中传播r路程，等效于在真空中传播了nr的路程．8▲光程差：k叫波数S1S2P

5、r1r2n1n2注意0真空中波长0··rab(1)用同种光入射：光程=?(a)在真空中相位差=?特别地,二光线在同一介质中时，··abnr介质─介质中波长a、b两点的距离均为r，但(b)在介质中光程=?相位差=?(2)透镜成像不引入附加相位差主光轴123123物点和像点之间各光线光程差为零9p···s1s2r1r2三、振动叠加t>>T(10-15s)——瞬时强度—响应时间，—相干项10(1)若I(p)=I1+I2非相干叠加(2)若与t无关四.干涉图样的形成▲(j=0,1,2,…)▲干涉相长干涉相消五、相干条件(的条件)

6、重点两个补充条件：（1）两列波在相遇点振幅（光强）不能相差太大；（2）两列波在相遇点光程差（位相差）不能相差太大。11例：计算图中光通过路程r1和r2在P点的相差。nS1S2r1r2dP·解：12▲光程差：S1S2Pr1r2n1n2特别地,二光线在同一介质中时，▲干涉相长(j=0,1,2,…)▲干涉相消(j=0,1,2,..)▲干涉花样分布空间强度相同的点满足:常量13§3实现干涉的装置一.普通光源独立、同一原子不同时刻发的光独立、不同原子同一时刻发的光··D=(E2-E1)/hE1E2发光时间Dt10-8s原子发光:方

7、向不定的振动,瞬息万变的初位相;此起彼伏的间歇振动.自然光自发辐射跃迁产生自然光的特点：在垂直于光线的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等.XYZ这种大量振幅相同、各种振动方向都有、彼此没有固定相位关系的光矢量的组合叫自然光.所以：对普通光源必须采取特殊装置，才能观察到干涉现象.14自然光的特点：在垂直于光线的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等.XYZ这种大量振幅相同、各种振动方向都有、彼此没有固定相位关系的光矢量的组合叫自然光.所以：对普通光源必须采取特殊装置，才能观察到干涉现象.▲激光：受激辐射=(E2-E1)/hE1

8、完全一样（传播方向、频率、相位、振动方向）E2激光光源：提高了光源的相干性快速光电接受器：缩短了响应时间常数容易观察到干涉现象15▲激光：受激辐射=(E2-E1)/hE1完全一样（传播方向、频率、相位、振动方向）E2激光光源：提高了光源的相干