光学基础第一章.ppt

第1章光的干预

Chap.1InterferenceofLight;主要内容;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局部，波长在390~760nm的狭窄范围以内,频率：7.5×1014~4.1×1014Hz。;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。;、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，就好似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。;2、波的叠加性

在波动传播所经过的区域内的每一个质点都要随波在某一时刻产生一定的位移。在许多波相遇的共同空间内，每一质点产生的位移仅仅是各波单独存在时产生位移的矢量和，也就是简单的、没有任何畸变的把各波单独存在时的位移按照矢量的方法相加，就得到了该质点在几个波同时到达时产生的和效应。这就是波动的叠加性。这种叠加性是以独立性为前提的，如果波的独立性不存在，波的叠加性也不再存在。;3、数学意义

在通常的情况下，波动方程具有;4、干预及干预现象

干预是波动的重要表现形式之一，要产生干预就必须满足一定的条件，只有当两波频率相等，在观察时间内波动不间断，而且在相遇处振动方向几乎沿同一直线，它们叠加后产生的和振动就可能在有些地方加强，有些地方减弱，这一强度变化按空间周期分布的现象称为干预。产生干预的条件叫相干条件，在相干区域内各点的振动强度如果有一定的非均匀分布，那么这种分布的空间图像就称为干预的把戏。;1.1.4干预现象是波动的特征;光的干预现象被发现，就立即决定了光的波动地位。干预、衍射等等一些现??，只可能发生在波动状态，不可能发生在微粒态。干预现象是波动的一大特征，只要我们发现了强弱按一定分布的干预把戏出现的现象，就一定能肯定该现象的波动本性。干预现象是确定波动的最可靠的、最有力的用实验证据，故此，我们能够肯定光的波动本性。通过光的干预现象现象，我们只能肯定光的波动本性，不能否认光的微粒本性。;1.1.5相干与不相干叠加;;;1)相位相同

2)相位相反

;3)相位任意〔空间其它点的强度〕;4〕;

〔2〕无规变化

;〔3〕结论

1〕相干

当相位差仅随空间各点位置变化时，合振动的强度就会随空间各点作周期变化，使得有些点加强，有些点减弱。这样，空间就显示出干预把戏，发生了干预现象。

相干条件：频率相同、

振动方向一致、

在观察时间内两振动的相位

差始终保持不变。;2〕不相干

假设观察的两个振动在所观察时间间隔内是间断的，其相位差是不规那么的随机变化，这时的合振动强度的平均值仅是分振动的强度之和，是一常数，在空间内没有变化，不产生干预现象。对于这种位相差在观察时间内无规变化的振动是不相干的。

显然，相干还是不相干主要取决于相位差的关系。;3〕、多个波动的叠加:

假设参与叠加的n个振动是完全相同的，假设满足相干条件，它们是相干的，其合振动强度的最大值为：，假设这n个振动是不相干的，其合振动的强度为：

。

上述分析对光振动在空间任意一点的叠加也是适用的。;虽然上述并不是直接讨论光波，但光波同样满足以上结论。光波也同样满足独立性和叠加性。我们同时能看见不同的物体是因为光波的独立性。对于两个独立的光源，其光强叠加为分光强之和，是因为光波发出光波是间断的，许多不连续的波列是不能发生干预现象的，这也是我们在日常生活中只能感到多光源时仅是光强的直接均匀增大，而不能看见光波干预的原因。但无论干预与否，波相遇时总是叠加的，相干与不相干都是振动的合成，只是在不同情况下的不同表现而已。;1.2由单色波叠加所形成的干预把戏

位相差和光程差

1、单色波

单色波