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* 第十六章 波动光学 一、光源 16-1-1 光源 光的相干性 光源的最基本发光单元是分子、原子 ? = (E2-E1)/h E1 E2 能级跃迁辐射 普通光源：自发辐射 独立(不同原子发的光) · · 独立(同一原子先后发的光) 发光的随机性 发光的间隙性 波列 波列长L = ? c 1、光源的发光机理 可见光频率范围 2、光的颜色和光谱 可见光波长范围 可见光颜色对照 单色光——只含单一波长的光。 复色光——含多种波长的光。 准单色光——光波中包含波长范围 很窄的成分的光。 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 E 矢量，称为光矢量。 E 矢量的振动称为光振动。 3、光强 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 I 表示。 二、光的相干性 两频率相同，光矢量方向相同的光源在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” 叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和，无干涉现象 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 干涉相消 两相干光束 两非相干光束 一个光源 1 分波前的方法 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） 16-1-2 分波前干涉 一、杨氏双缝干涉 S 1 S 2 S * * * 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、其他分波阵面干涉装置 1、菲涅耳双面镜 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： 暗条纹中心的位置 光栏 2 洛埃镜 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： 16-1-3 光程与光程差 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。 光在介质中传播几何路程为r，相应的位相变化为 光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程 即：光程这个概念可将光在介质中走过的路程，折算 为光在真空中的路程 光程差 光在真空中的波长 若两相干光源不是同位相的 两相干光源同位相，干涉条件 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？ 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。 利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和折射，可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。 一、薄膜干涉 扩展光源照射下的薄膜干涉 a1 a2 a 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 16-1-4 薄膜干涉 光线a2与光线 a1的光程差为： 半波损失 由折射定律和几何关系可得出： a1 a2 a 干涉条件 薄膜 a a1 a2 n1 n2 n3 不论入射光的的入射角如何 额外程差的确定 满足n1n2n3(或n1 n2 n3) ?产生额外程差 满足n1n2n3(或n1 n2 n3) ?不存在额外程差 对同样的入射光来说，当反射方向干涉加强时，在透射方向就干涉减弱。 二、增透膜和增反膜 增透膜----- 利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。 增反膜-----