16大学物理波动光学.ppt

1、波的叠加原理（独立性原理）,,复习,两列波仅在交叠区域发生叠加构成合成波，过了交叠区域又分道扬镳而去.,2、波的干涉现象,稳定的波的叠加图样是指在媒质中某些位置的点振幅始终最大，另一些位置振幅始终最小，而其它位置，振动的强弱介乎二者之间，保持不变，称这种稳定的叠加图样为干涉现象.,3相干条件,两波源具有相同的频率、恒定的相位差、振动方向相同。,满足相干条件的波源称为相干波源。,在P点的振动为同方向同频率振动的合成。,合成振动为,其中,4、干涉加强或减弱的条件,当两相干波源为同相波源时，相干条件写为,相长干涉,相消干涉,,称为波程差,,当波从波疏媒质垂直入射到波密媒质界面上反射时，有半波损失，形成的驻波在界面处是波节。反之，当波从波密媒质垂直入射到波疏媒质界面上反射时，无半波损失，界面处出现波腹。,半波损失,入射波在反射时发生反向的现象称为半波损失。既入射波与反射波有相位的突变。,折射率较大的媒质称为波密媒质；折射率较小的媒质称为波疏媒质.,,,,,第十七章,波动光学,本课重点1光的相干性、相干条件2杨氏双缝干涉3光程的概念,平面电磁波示意图,电磁波电磁波是依赖于电场和磁场的相互激发而向前传播的，能在真空中传播，是电磁场的一种运动状态。伴随着电磁波的传播有能量、动量和质量的流动。,2.电磁波的传播速度为,真空中,实验测得真空中光速,介质中,介质的折射率,3.电磁波的能流密度又叫辐射强度,单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的辐射能量S,坡印廷矢量,可见光频率范围7.510143.91014赫兹,真空中对应的波长范围40007600,相应光色紫、蓝、青、绿、黄、橙、红,单色光具有单一频率的光,复色光由各种频率组成的光,光波是电磁波。光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用）的是E矢量，称为光矢量。E矢量的振动称为光振动。,,,17-1光波的相干叠加,一、光波叠加原理,平面简谐电磁波,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,光强在光学中，通常把平均能流密度称为光强，用I表示。,干涉项,总光强,两光矢量成某角度时，作正交分解，只有平行分量才能发生干涉.两光矢量垂直,无干涉现象.,将两平行简谐光波的合成波用标量形式表示时,分子原子每次发光的时间极短10－8S,观察到的是在较长时间内的平均值,两光矢量在P点振动的位相差,,讨论,干涉加强必需满足1振动方向平行2频率相同3相位差恒定这三条称为相干条件，缺一不可。,,非相干迭加,在时间内，叠加处位相差“瞬息万变”平均值为零。,,各自独立随机取值,光源光的相干性,一.光源----能发射光波的物体,光源的最基本发光单元是分子、原子,,E2-E1/h,,,E1,E2,能级跃迁辐射,波列长Lc,,,,τ原子发光时间,,普通光源自发辐射,,,不同原子发的光,,,,同一原子先后发的光,发光的随机性,发光的间隙性,热光源,两个独立的光源不可能成为一对相干光源,原因原子发光是随机的，间歇性的，两列光波的振动方向不可能一致，周相差不可能恒定。,干涉项,总光强,二、光的相干迭加干涉项不为零的叠加,空间各处光强分布由干涉项决定,,干涉相长,干涉相消,,P点位相差恒定，光强始终不变。,,分波阵面方法,分振幅的方法,三、获得相干光的途径（方法）,,,p,S*,分波阵面法,分振幅法,,,,,,,,,,p,薄膜,S*,从同一波阵面上的不同部分产生次级波相干,利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅较小的两束相干光,双缝干涉空间相干性,杨氏双缝实验,分波阵面法,相位差,2、杨氏干涉条纹,Dd,波程差,干涉加强、明纹位置,干涉减弱、暗纹位置,或,或,1明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧；,干涉条纹特点,2相邻明条纹和相邻暗条纹等间距，与干涉级k无关；,讨论两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。,若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。,,,,方法一,方法二,3D,d一定时，由条纹间距可算出单色光的波长,4干涉现象的条纹分布决定于两束相干光的位相差。,光在真空中的传播速度,光在介质中的传播速度,光在介质中的波长,（5）、光在介质中传播,光在真空中的波长,,位相,光程,光在某一介质中所经历的几何路程r和这介质的折射率n的乘积nr,P,n1,n2,n3,n4,均匀介质,光程可认为是在相同时间内，光在真空中通过的路程。,,两同相的相干光源发出的两相干光束，干涉条纹明暗条件由光程差确定,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。,问原来的零级条纹移至何处若移至原来的第k级明条纹处，其厚度h为多少,1.已知S2缝上覆盖的介质厚度为h，折射率为n，设入射光的波长为.。,解有介质时，两相干光所对应的零级明纹应满足,所以零级明条纹下移,解无介质时，两相干光所对应的零级明纹应满足,解无介质时原来k级明条纹位置满足,有介质时零级明条纹条件,若移至原来的第k级明条纹处，其厚度h为多少,有介质时的零级移到原来无介质时的k级处，它必须同时满足（1）（2）,作业17-117-317-417-517-717-917-1117-1317-2017-2317-2417-2917-30,再见,