光学基础第一章.ppt

第1章 光的干涉Chap. 1 Interference of Light 主 要 内 容 干涉的形成，干涉条纹现象的解释，干涉仪器的介绍以及干涉的应用。 干涉显示的是光的波动性。这一章的目的就是根据光的干涉现象和实验事实来揭露光的波动本性，并且明确光波是电磁波，而不是机械波，引起光效应的是电场强度，不是磁场强度。 1.1波动的独立性、叠加性和相干性1.1.1 电磁波的传播速度和折射率 光是某一波段的电磁波， 其速度就是电磁波的传播速度。 1.1.2、光强度 1、光波中的振动矢量通常指的是电场强度 对人的眼睛或感光仪器起作用的是电场强度 引起光效应的 主要是电场强度 而不是磁场强度 2、可见光及其波长范围 可见光在电磁波谱中只占很小的一部分，波长在 390~760 nm 的狭窄范围以内,频率：7.5×1014 ~4.1×1014 Hz 。 3、光的强度： 1）光强度、光照度、平均能流密度 2）平均相对强度 ，其值与所处媒质的折射率有关，是人眼的属性。 1.1.3、机械波的独立性和叠加性 1、波的独立性 在力学中，当几个振源同时向一空间发射波动时，在同一空间的这几个波动只要振动不十分强烈，就将不改变各自的频率、振幅和振动方向，按照自己原来的方向行进，就好像空间内只存在一个波动似的。波动不受干扰，仍按自身的规律前进，这就是波的独立性。 1.1.4 干涉现象是波动的特征 在对光的研究和观察中，人们发现了在光传播过程中，光具有携带能量传播的本领。波动在传递能量时，能量以振动的形式在物质中依次转移，物质本身并不随波动而移动；微粒要传递能量就必须移动微粒本身，也就是微粒和能量一起移动。波动和微粒传递能量的主要区别在于：波动是物质不动，微粒则物质必须移动，但是仅从能量的传递还不能确定光时波动还是微粒的，还必须寻找更多的证据来说明光的波动性或微粒性。 1.1.5 相干与不相干叠加 1、两个振动的叠加 1) 相位相同 2) 相位相反 4） （2） 无规变化 1.2由单色波叠加所形成的干涉花样 1.2.1位相差和光程差 1、单色波 单色波是指频率单一、振幅不变、波列无限长，可用正弦或余弦函数表示波动的理想波动，它是理想模型，实际的波都是由一定频率范围的有限长波列叠加而成的。 在这本书里，只要没特别指明，我们所讨论光波均为单色波。 2、相位差 3、光程： 光程的物理意义 光程差： 真空中 均匀介质中 相位差： 1.2.2 干涉图样的形成： 1.干涉图样的形成： （1）干涉相长： 即：光程差等于半波长偶数倍的那些P点，两波叠加后的强度为最大值。 （2）干涉相消： 即：光程差等于半波长奇数倍的那些P 点，两波叠加后的强度为最小值。 （3）一般情况： r2-r1=常数，干涉花样为双叶旋转双曲面 2.干涉 条纹的 计算： 在近轴和远场近似条件 即rd 、 rPP0和 r 情况下： 最大值点： 最小值点： 条纹间距： 3.干涉图样的分析 （1）各级亮条纹光强都相等，相邻条纹（亮或暗）等间距，且与 j 无关； （2）单色光波长 一定时， （3）当 、d 一定时， （4）白光照射，除中 央亮斑外，其余 是彩色条纹。 （5）干涉图样记录了相位差的信息： 4、 干涉花样不变，但条纹沿光屏上下移动。 1.3 分波面双光束干涉 1.3.1 光源和机械波源的区别 2. 机械波： 机械振源持续振动发出波列长度非常长的波动 3. 区别： 人眼：0.1s； 开关式像增强器：10-8~10-9s 1.3.2 获得稳定干涉图样的条件 典型的干涉实验 1. 获得稳定干涉图样的条件 ： 从同一批原子发射出来经过不同光程的两列光波。 2.干涉的分类： （1） 杨氏实验 光程差： 相位差： （2）菲涅尔双面镜： 装