光学教程 第一章-2

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1、第一章光的干涉光学第一章光的干涉参赛选手：****光的本性是什么？波动性：光有干涉、衍射和偏振现象。粒子性：光电效应和康普顿效应。1.1波动的独立性、叠加性和相干性1.2由单色波叠加所形成的干涉图样1.3分波面双光束干涉1.4干涉条纹的可见度、时间相干性和空间相干性*1.5菲涅耳公式1.6等倾干涉1.7等厚干涉1.8迈克尔孙干涉仪1.9法布里—珀罗干涉仪多光束干涉1.10干涉现象的应用牛顿环一、光的本质1．光的本质：是电磁波，在真空中的传播的速度与电磁波的传播速度是一样的，即为c2．光在介质中的传播速度ε0：真空的介电常数μ0：真空的磁导率εr：介质的相对介电常数

2、μr：介质的相对磁导率§1.1波动的独立性、叠加性和相干性E⊥Hv方向：是E×H的方向EHv一、光的本质3．光波是横波（电磁波是横波）Z-光传播方向，Y-电场强度振动方向§1.1波动的独立性、叠加性和相干性二、光速、波长、频率、折射率之间的关系1．真空中：真空中的折射率为1介质折射率n为相对于真空而言2．介质中：3．折射率：§1.1波动的独立性、叠加性和相干性三、光波段、光强度§1.1波动的独立性、叠加性和相干性三、光波段、光强度1．可见光波段：390nm～760nm[真空中波长]7.5×1014～4.1×1014Hz光的颜色由光的频率决定人眼最敏感的色光波长：555nm

3、附近敏感波长555nmλ760622597577492450435390nmΔλ38252085421545nm红橙黄绿青蓝紫§1.1波动的独立性、叠加性和相干性2．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。三、光波段、光强度§1.1波动的独立性、叠加性和相干性2．光强度③任何波动传递的平均能流密度与振幅的平方成正比。④光强度是平均能流密度：I∝A2A是振幅通常直接写为I=A2此为相对强度三、光波段、光强度§1.1波动的独立性、叠加性和相干性四、机械波的独立性

4、和叠加性1、机械波的独立性波在相遇的区域内，只要振动不十分强烈，就能保持自己的特性（频率、振幅和振动方向）按自己原来的传播方向前进，彼此不相互影响。§1.1波动的独立性、叠加性和相干性2、机械波的叠加性波在相遇的区域内，介质质点的合位移为各波分别单独传播时在该点引起的位移的矢量和。A3．干涉：如果两波频率相同，在观察时间内波动不中断，而且在相遇处振动方向几乎沿着同一直线，那么它们叠加后产生的合振动可能在有些地方加强，在有些地方减弱。这一强度按空间周期性变化的现象称为干涉。4．干涉图样：叠加区域内振动强度的非均匀分布就是干涉图样（干涉花样，干涉图）。干涉现象是波动的特性1．

5、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。五、光波的描述1.光波的几何描述：波动是振动在空间的传播，波动所存在的空间称为波场；波场中每点的物理状态随时间作周期性变化，而在每一瞬时波场中各点物理状态的空间分布也呈现一定的周期性；通常把某一时刻振动相位相同各点的轨迹称为波面，把能量传播的路径称为波线。在各向同性的介质中，波线与波面处处正交。波面波线给出了光场中的振幅分布；是各点相位比原点落后的值，它确定了光场中相位的相对分布；是光场频率。只要给

6、定光场的振幅分布和相位分布，则该频率的单色光场就完全确定了。任一理想的单色光场可用下述的波动表达式描述：2.光波的函数描述六、相干与不相干叠加假定简谐振动，沿同一直线振动，同频率，不同位相。振动方程写为叠加：即为代数和（因为沿同一直线振动）其中1．两列波在相遇处的振动叠加式中，决定的形式:干涉因子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：2．相遇处的振动叠加后的平均强度(τ是观察时间)上式表明两振动叠加后的合振动强度简单的是两独立振动的强度之和，这是非相干叠加。所以（1）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0～2

7、π之间取一切值且概率均等，则有平均强度为结果：在观察时间内强度没有空间强弱分布。（2）若在任意时刻初位相差，则上式末项积分值为合成振动的平均强度为注意：，是与P点位置联系在一起的，所以有“空间位置分布”的说法。表明j=0，±1，±2，···时有强度极大或极小的分布j取其它值，则强度介乎极大与极小之间。若相消干涉相长干涉扩展：如果有n个频率相同，振幅相同的振动叠加，叠加后的振动强度情况？总结1.光振动的相干叠加条件：a.光波频率相同b.光矢量振动方向相同c.有固定的相位差两补充条件：★两光波在相遇处振幅不能相差太大。★两光波在相