第8章 波动光学1 total 10h.ppt

8-1 光和光的相干性 8-2 分波阵面干涉 wave optics 光波中起感光作用的是电场强度 E 矢量，称之为光矢量，E 矢量的振动称为光振动。 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： 一、光波的描述方法 真空中可见光波长在400nm----760nm。 光波是电磁波 红外区 可见光 紫外区 光波的平均能流密度。 光强 二、光的叠加性 相干条件 两频率相同，振动方向相同的单色光波在p点相遇 1、相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后 相位差恒定，有干涉现象， 若 干涉相长 干涉相消 则 2、非相干叠加(观察总是较长时间内的平均强度) 两独立光源所发出的光或同一光源的不同部位所发出的光叠加， 叠加后光强等于两光束单独照射时的光强之和，无干涉现象 要使两列波在P处产生相干叠加 两列波的条件： （1）振动方向相同 （2）频率相同 （3）相位差恒定 相干光 相位差“瞬息万变” 光源的微观客体分子或原子的发光过程---量子过程， ? = (E2-E1)/h E1 E2 能级跃迁辐射 波列 波列长L = ?0 C ，米的数量级 ？两个独立的普通光源能否成为一对相干光源 1、普通光源：自发辐射 不相干、独立(不同原子发的光) · · 不相干、独立(同一原子先后发的光) 发光的随机性 发光的间隙性 ？两个独立的普通光源能否成为一对相干光源 普通光源中电子的跃迁以自发跃迁为主(就是无组织无纪律 的跃迁)，各个光子之间频率相同，但是偏振、相位均为随机， 因此相干长度较小，不在特殊装置上一般不容易观测到干涉、 衍射效应。 相干长度δ=λ2/Δλ，是能够发生干涉的最大光程差,其中Δλ是光源的光谱宽度,也就是光源里面最大波长和最小波长的差. ？两个独立的普通光源能否成为一对相干光源 钠 光 灯A 钠 光 灯B 两束光 不相干！ 普通光源发出的光是由光源中各个分子或原子发出的波列组成的，而这些波列之间没有固定的相位关系。因此，来自两个独立光源的光波，即使频率相同，振动方向相同，它们的相位差也不可能保持恒定，因而不是相干光；同一光源的两个不同部分发出的光，也不满足相干条件。 ? 2. 激光光源：受激辐射 ? = (E2-E1)/h E1 E2 ? ? 完全一样(频率,位相,振动方向,传播方向) 相干光源 激光光源中的电子跃迁以受激辐射为主（可以看成有组织 有纪律的跃迁）,各个光子之间频率、偏振、相位均相同,因此 相干长度长,不在特殊装置上也容易观测到干涉、衍射效应. p S * 分波阵面法 分振幅法 · p 薄膜 S * 三、普通光源获得相干光的途径（方法） 1 分波阵面法 杨氏干涉 2 分振幅法 薄膜干涉 3 分振动面法 偏振光干涉 将光源上同一点发出的光分成两部分，在空间经历不同路径后，它们再相遇、产生干涉 两束初相相同的相干光在真空中传播时的干涉情况 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 ？ 光从A到B： n 介质 r 真空 真空 A B 传播速度 介质中的波长 相位差 四、 光程和光程差 在介质中传播的波长，折算成真空中波长的关系。 为真空中的波长，nr就相当于光在真空中传播的距离 将光在介质中所走的路程r，折算为在真空中的路程nr。（即将光在介质中的传播，折算为在真空中的传播） 结论：光波在介质中传播时，其相位变化，不但与传播的几何路程有关，而且还与介质的折射率有关。 为了便于描述同一波长的光在不同介质中传播引起的相位变化： 光程 n 介质 r 真空 真空 A B 光程是在与介质中相同时间内光在真空中通过的 路程便于比较光在不同介质中所走路程的长度。 1 2 m 3 如通过多 种介质： C是真空中的光速，L则是时间t内 光在真空中所通过的路程——光程 光程之差称为光程差 真空折射率为1， 光程差 若两相干光源是同位相的 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？ 问题 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。 一、杨氏双缝干涉实验 1、实验装置 S 1 S 2 S * * * k=+1 k=-2 k=+2 k= 0 k=-1 I 2、杨氏干涉条纹 D d P点的光强决定于两束光到达时的相位差??， 即决定于两束光的光