光波的基本概念光波的叠加.ppt

* 第18章 光的干涉 18.1 光波的基本概念 光波的叠加 * 光的干涉教学内容： 18－1 光波的基本概念 光波的叠加 18－2 分波阵面干涉 18－3 分振幅干涉 18－4 迈克耳孙干涉仪 一 光的干涉 1 理解相干光的条件及获得相干光的方法。 2 掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变。 3 能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置。 4 了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。 教学基本要求 　　本章的重点： 　　1、光程差的分析和计算。　　2、发生半波损失的条件。　　3、干涉加强和减弱的条件。　　4、明、暗条纹的位置，干涉条纹的特征及条纹的移动和变化。 　　本章的难点： 　　分析干涉条纹的特征，如干涉条纹的位置、形状、条纹间距等，以及干涉条纹的变动情况。 18.1 光波的基本概念 光波的叠加 一 光是一种电磁波 1、电磁波的产生 凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源。 例如：天线中的振荡电流； 分子或原子中电荷的振动等。 2、对电磁波的描述（平面简谐波） 平面电磁波方程 平面简谐电磁波的性质： (2) 电磁波是横波 (1) 和 传播速度相同、相位相同 真空中的光速 1）人眼对颜色的感觉由光的频率决定； 2）在光波中，对人眼和光学仪器感光起作用的是电场强度矢量； 3）电场强度矢量，称为光矢量，电场强度矢量周期性的变化，称为光振动。 注意: 4）光的强度：光的平均能流密度， 可见光的范围 nm 760 ~ 400 : l Hz 1014 0 . 4 ~ 1014 5 . 7 : × n × 二、光源 ( 发光的物体 ) （利用化学能、电能或光能激发的光源。例如磷光、辉光等。） 普通光源 热光源 冷光源 （利用热能激发的光源。例如火、太阳、白炽灯等；） 激光光源 （自发辐射） （受激辐射） 1、普通光源的发光机理 原子能级及发光跃迁 基态 激发态 跃迁 自发辐射 波列长 L = ? c 波列 　　就单个原子而言，原子发光是间歇的，每次发光时间极短（~10-8 S ），每个原子一次发出一段长度有限的波列（光波列）。 　　普遍光源发出的光，是由光源中各原子或分子发出的许多光波列组成。各个光波列各自独立。 独立 ( 同一时刻不同原子发的光 ) 独立 ( 同一原子不同时刻发的光 ) . . 结论：普通光源发出的光波不满足相干条件，不是相干光，不能产生干涉现象。 三、光波的叠加 两束光： 在 p 点相遇 假设这两个同频率单色光在空间 p 点的光矢量大小分别为： 频率相同、光矢量方向相同 则合成后 · 原子发光时间极短，人眼和感光仪器所感觉到的光强应该是瞬时光强在一个较长时间内的平均值。 即： 考察合成后的光强分布 两列光波的叠加，实际上是两束光中的光波列之间的叠加。 P 2 1 　　由于原子发光的间歇性和独立性，使到达P点的二光波列位相差是杂乱变化的，也就是说，其取值可以是0 到 　之间的一切数值， 1、 非相干叠加 叠加后光强等与于两光束单独照射时的光强之和。 —— 无干涉现象 所以 “瞬息万变” P 2 1 2、相干叠加 —— 有干涉现象 初相位差恒定 则对于空间指定点： 第三项成为干涉项 　　此时，初相位差是恒定的，各处的光强仅与Ｐ点到两光源的距离有关。 满足相干条件的两束光叠加后： 　　在两束相干光相遇的区域，有些点的光振动始终加强，而有些点的光振动始终减弱，形成稳定的振幅分布，这就是光的干涉现象。 两束光满足： —— 相干条件 P 2 1 3、 获得相干光的方法 利用普通光源获得相干光的方法的基本原理是，把由光源上同一点发出的光设法分成两部分，然后再使这两部分叠加起来。 　　这两部分光实际上来自同一原子的同一次发光，所以它们满足相干条件，因而是相干光。 分波阵面法：把光波的阵面分为两部分。 分 振 幅 法：利用两个反射面产生两束反射光。 ①　分波振面法 ②　分 振 幅 法 杨氏干涉 薄膜干涉 ③　分振动面法 偏振干涉