光纤传感器测量的理论基础课件.pptVIP

本2.1光的本质2.2光的电磁特性2.3光的量子特性2.4光的干涉2.5光源非理想对干涉的影响2.6光程2.7光的衍射

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惠菲原理

本2.1光的本质2.2光的电磁特性2.3光的量子特性2.4光的干涉2.5光源非理想对干涉的影响2.6光程2.7光的衍射

惠菲原理1864年，麦克斯韦在经典电磁理论基础上，把光学现象和电磁现象联系起来，指出光是一种电磁波，即光频范围内的电磁波。

光波

惠菲原理电磁波电磁波在介质中的传播速度v取决于介质的介电常数?和磁导率?，关系式为：当电磁波在真空中传播时，速度为c在真空中，?=8.8542×10-12C2/N·m2,?=4π×10-7N·s2/C,得2

惠菲原理电磁波真空中，光波波长，光频率f和光速c的关系为在折射率为n的介质中，

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惠菲原理光具有波粒二象性光不仅是一种电磁波，而且是一种粒子，是由光量子（光子）组成，是以速度c运动的光子流。能量、动量和质量频率、波长和偏振

惠菲原理光子的能量E式中，h为普朗克常数，为光频。光子的质量m从而得光子的运动质量为

惠菲原理光子的动量p光子的偏振态光子具有两个独立的偏振态，对应于光波场振幅矢量的两个独立偏振方向。

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惠菲原理光的叠加原理多个光波在空间一点相遇时，会发生波的叠加，相遇点处的合振动是各个波单独产生的振动的矢量和。即各个波独立地产生作用，不会因为其他波的存在而受到影响，保持自身原有的波动特性。光的干涉光波在空间某点相遇叠加后，合光强发生了强度重新分布，出现了亮暗相间的条纹，这种现象称为光波的干涉。

光干涉的必

相干光

惠菲原理普通独立光源产生干涉现象的方法(1)分波面法(2)分振幅法

惠菲原理杨氏双缝实验杨(T.Young)在1801年首先发现光的干涉现象，并首次测量了光波的波长。杨氏双缝实验——第一个判定光性质的关键性实验

线光源分波振面法获得相干光

杨氏双缝实验结果（1）当平行光垂直照射双缝时，屏幕中央为明纹，向两侧分布明暗相间的条纹；（2）单色光条纹间距?x??。（3）对于复色光，k=2101明条纹有色散，内侧紫，外侧红；

杨氏双缝实验原理分析xr1P·xr2?单色光入射?0d?Dd?，Dd（d?10-4m，D?1m）波程差：相位差：

xxr1P·x?xr2?x?00Id?D明纹：暗纹：条纹间距：

x零级明纹k=0一级暗纹一级明纹k=0,1,2,3...一级暗纹

杨氏双缝实验条纹特点(1)一系列平行的明暗相间的条纹；(2)?不太大时条纹等间距；(3)中间级次低；k=0为中央明纹;(4)白光入射应为彩色条纹;(5)双缝间距变小,条纹间距变大;(6)单缝沿x方向移动,条纹间距不变而整体移动.

杨氏实验的光强分布由波的干涉知杨氏实验中E=E20所以I=I=I10120则当δ=dsinθ=±kλ时,I=4I0;I4I0光强曲线-4?-2x-2?2?4???0kx-1012xxx00-212-1sin?-2?/d-?/d?/d2?/d

红光入射的杨氏双缝干涉照片白光入射的杨氏双缝干涉照片

条纹衬比度（对比度，反衬度，contrast）III4I1maxImin-4?-2?02?4???衬比度差(V1)-4?-2?02?4???衬比度好(V=1)决定衬比度的因素：振幅比，光源的单色性，光源的宽度干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）

衍射图样例:用白光作光源观察双缝干涉。设缝间距为d，试求能观察到的清晰可见光谱的级次。

解:白光波长在390～750nm范围。明纹条件为dsinθ＝土kλ在θ＝0处，各种波长的光波程差均为零；所以各种波长的零级条纹在屏x=0处重叠，形成中央白色明纹。各种波长的同一级次的明纹，由于波长不同而角位置不同，因而彼此错开，并产生不同级次的条纹的重叠。在重叠的区域内，靠近中央明纹的两侧，观察到的是由各种色光形成的彩色条纹，再远处则各色光重叠的结果形成一片白色，看不到条纹。最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光。

最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光。因k取整，所以k=1.故，从紫到红排列清晰可见光谱只有正负各一级。

本2.1光的本质2.2光的