第13章光的干涉和衍射讲解.pptx

1 波动光学 (Wave optics) 2 第 13 章 （Interference of light） (8) 光的干涉 3 本章开始的研究对象: 光。 光是什么？近代物理认为，光既是一种波动(电磁波)，又是一种粒子(光子)。就是说，光是具有波粒二象性的统一体。 光学通常分为几何光学、波动光学和量子光学三部分。 我们首先研究光的波动性。波动光学是当代激光光学、信息光学、非线性光学和很多应用光学的重要基础。波动最重要的特征是具有干涉、衍射和偏振现象。 引 子 4 可见光: 频率: 3.9×1014～7.7×1014Hz; 相应真空中的波长: 7700?~3900?。 不同频率的光，颜色也不同。 §13.1 光波的相干叠加 一. 可见光波 5 就能量的传输而言，光波中的电场E和磁场H是同等重要的。但实验证明,引起眼睛视觉效应和光化学效应的是光波中的电场,所以我们把光波中的电场强度E称为光矢量(或光振动)。 在波动光学中, 光强定义为 讨论光的干涉和衍射时，我们关心各点的相对光强 6 光是光源中的原子或分子从高能级向低能级跃迁时发出的。 原子发出的光是一个有限长的波列。 二.光 源 7 2. 激光光源：受激辐射 (将在近代物理中讨论) 3.同步辐射光源 1.普通光源：自发辐射(随机、独立) 8 三.光的干涉 则在空间相遇区域就会形成稳定的明、暗相间的条纹分布，这种现象称为光的干涉。 由波动理论知, 光矢量平行、频率相同、振幅为E1和E2的两列光波在某处叠加后,合振动的振幅为 两束光: (1)频率相同； (2)光振动方向相同； (3)相差恒定； 9 在波动光学中，光强定义为 1.非相干叠加 对普通光源来说，由于原子发光是间歇的、随机的、独立的，在观察时间?内，相位差??不能保持恒定,变化次数极多,可取0~2π间的一切可能值,且机会均等，因此 10 于是非相干叠加时的光强为 I=I1+I2 可见，在非相干叠加时，总光强等于两光源单独发出的光波在该处产生的光强之和，且光强是均匀分布的。 2.相干叠加 可见，在相干叠加时,合成光强在空间形成强弱相间的稳定分布。这是相干叠加的重要特征。 如果在观察时间?内，相位差??保持恒定,则合成光强为 11 如果I1=I2 ，则合成光强为 =±2k?, Imax=4I1 , 明纹(加强) =±(2k+1)?, Imin=0 , 暗纹(减弱) 12 四.获得相干光的方法 普通光源发出的光是不相干的。 利用普通光源获得相干光的基本方法是： 将一个光源的微小部分(视为点光源或线光源)发出的光设法分成两束再使其相聚。 分波阵面法 分振幅法 13 光的频率v由光源确定。光速由媒质确定。 真空中，光速: c=v? 媒质中，光速: ?=v?? ∵ n=c/? ∴ ?? = ?/n 由此可见，光经过不同媒质时，波长要发生变化。这对讨论光经过几种媒质后的相干叠加问题，是很不方便的。为此引入光程的概念。 §13.2 光程和光程差 14 1.光程 设经时间t，光在折射率为n媒质中通过的几何路程为r，则nr称为光程。 显然，光程 nr=n? t =c t 。 引入光程概念后，就能将光在各种媒质中通过的几何路程折算为真空中的路程来研究。这就避免了波长随媒质变化而带来的困难。 光程的物理意义: 光程等于在相同的时间内光在真空中通过的路程。 n=c/? ?? = ?/n 15 2.光程差—两束光光程之差 ?= ?= r1- r2 (r1-e1 +n1e1) - (r2-e2 +n2e2) n2=1 16 3.两束光干涉的强弱取决于光程差，而不是几何路程之差 设相干光源s1和s2的初相相同，到