光1 光的干涉 (1) 副本

波动光学1波动光学181720192116世纪轴远古萌芽几何光学量子光学现代光学过渡时期：直线传播占主导，波动理论逐渐形成墨翟牛顿惠更斯托马斯·杨引言：光学发展简史爱因斯坦麦克斯韦梅曼菲涅耳2几何光学：以光的直线传播规律为基础，

波动光学：研究光的电磁性质和传播规律，

量子光学：以光的量子理论为基础，研究各种成象光学仪器的理论。是干涉、衍射、偏振的理论和应用。物质相互作用的规律。主要研究光与特别

波动光学和量子光学，统称为物理光学。

光学是研究光的现象、光的本性和光与物质相互作用的学科。通常分为以下三个部分：3光的波动性光的干涉、衍射光波是横波光的偏振机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝4可见光的波长范围：

400nm～760nm电磁波谱5光色波长(nm)

频率(Hz)中心波长(nm)

红760~622

660

橙622~597610

黄597~577

570

绿577~492540

青492~470

480

兰470~455

460

紫455~400

430可见光七彩颜色的波长和频率范围可见光的范围6§1光的本性1-1微粒说与波动说之争牛顿的微粒说：光是由光源发出的微粒流。惠更斯的波动说：光是一种波动。71-2光的电磁本性1801年，英国物理学家托马斯·杨（T.Young，1773—1829）首先利用双缝实验观察到了光的干涉条纹，从实验上证实了光的波动性。1865年，英国物理学家麦克斯韦从他的电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光就是一种电磁波。8§2光的相干性肥皂泡或光碟表面上的彩色花纹，都是光的波动特性所引发的一种现象。相干光：能够满足干涉条件的光。相干光源：能产生相干光的光源。9光波是矢量E和H在空间的传播。光矢量实验证明光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用等）的是E矢量，称它为光矢量。E矢量的振动称为光振动。1、光矢量：ExH02-1光的相干条件102、光波叠加原理假设两光矢量是同方向的，在观测时间内平均光强是正比于振幅的平方11干涉项:与两光源的频率、初相位以及空间P的位置有关。它决定着P点的光强式中为在P处，t时刻两列波的相位差为光的非相干叠加为光的相干叠加两列光波有相互平行的电振动分量

相干条件：两列光波的频率相等两列光波的初相位差恒定

相干条件即为相干项不为零的条件12两个独立的光源不可能成为一对相干光源即使两个光源的频率相同，但是由于原子发光是随机的，间歇性的，两束光波的振动方向不可能一致，相位差不可能恒定。钠光灯A钠光灯B两束光不相干！单色钠黄光单色钠黄光13激光光源是相干光源4、激光光源：受激辐射频率，=(E2-E1)/hE1完全一样E2（传播方向，相位，振动方向）145、由普通光源获得相干光的途径PS*分振幅法：·P薄膜S*两束相干光在P

点相干叠加分波面法：15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1.杨氏双缝实验2-2杨氏双缝实验16单色光入射r1r2xdxD0P·S1S2SGd>>，D>>d（d

10-4m，

D1m，

~10-3rad）P点的明暗决定于S1S2到P点的相位差17两列光波的传播距离之差：干涉加强干涉减弱18光干涉条件：19干涉条纹在屏幕上的分布：屏幕中央（k=0）为中央明纹其中k称为条纹的级数012345-5-4-3-2-1相邻两明纹或暗纹的间距：

201.一定时，若变化，则将怎样变化？讨论212.条纹间距与的关系如何？

一定时，222、双缝干涉光强公式设I1=I2

=I0，则光强为光强曲线k012-1-2I02-24-44I0sin0/d-/d-2/d2/dx0x1x223白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片24（1）一系列平行的明暗相间的条纹；

（3）中间级次低，两边级次高明纹：

k

，k=0,1,2…（整数级）暗纹：

(2k+1)/2（半整数级）（4）3、双缝干涉条纹的特点（2）不太大时条纹等间距；白光入射时，0级明纹中心为白色（可用来定0级位置），其余级明纹构成彩带，第2级开始出现重叠（见教材例13-1）级次：k=25

例

杨氏双缝的间距为0.2mm，距离屏幕为1m。（1）若第一到第四明纹距离为7.5mm，求入射光波长；（2）若入射光的波长为600nm，求相邻两明纹的间距。解264、其他分波面干涉实验要求明确以下问题：1、如何获得的相干光；2、明、暗纹条件；

3、干涉条纹特点：4、劳埃德镜实验，半波损失。形状、间距、级次位置分布；271W21WBXe2dxrrDl菲涅耳双面镜分波面干涉sWlldxrD1s2ssWM12Me28菲涅耳双棱镜分波面干涉WsW1l2Ws1s2ldxrDDd291W劳埃德镜分波面干涉2WXMDdxrsWlsX半波失损ldxrD

紧靠镜端处总是产生暗纹，说明在镜端处反射光与入射光的相位差为，相当于光程差，称为半波损失。p2l30n1n2折射波反射波半波损失*当光从折射率大的光密介质，正入射于折射率小的光疏介质时，反射光没有半波损失。*当光从折射率小的光疏介质，正入射或掠入射于折射率大的光密介质时，则反射光有半波损失。有半波损失*折射光没有相位突变入射波n1n2折射波反射波入射波没有半波损失31附加光程差：12P比较从薄膜不同表面反射的两束光相位突变：当两束光都是从光密介质到光疏介质界面反射（n1>n2>n3)或都是从光疏介质到光密介质界面反射时（n1<n2<n3)，两束反射光之间没有附加的光程差。

当一束光是从光密介质到光疏介质界面反射而另一束是从光疏介质到光密介质界面反射时，即n1<n2>n3或n1>n2<n3，则两束反射光之间有附加的光程差/2。322-3光程设光在折射率为n的介质中传播的几何路程r

。包含的完整波个数:真空中的几何路程：光程：光在介质中传播的几何路程r与该介质折射率n的乘积nr

。光程的物理意义：光在介质中经过的路程折算到同一时间内在真空中经过的相应路程。33真空中：··rab

介质中：··abnr介质—

介质中波长—真空中波长为方便计算光经过不同介质时引起的相差，引入光程的概念。结论：光程是一折合量，它是在相位改变相同或传播时间相同的条件下，把光在媒质中传播的路程折合成在真空中的路程。34为介质中与路程r相应的光程。这表明，光在介质中传播路程

r—真空中波长传播路程nr

引起的相位差相同。我们称nr由此得到关系：【例】计算图中光通过路程r1和r2在P点的相差。nS1S2r1r2dP·和在真空中35薄透镜、近轴光线时不产生附加光程差

物点到象点（亮点）各光线之间的光程差为零。Sacb··SFacb·ABCFacb·ABCF在干涉和衍射装置中经常要用到透镜，近轴光线经过薄透镜后并不附加光程差。焦点F、F

都是亮点，说明各光线在此同相叠加。而A、B、C或a、b、c都在同相面上。BF，CF说明AF，各光线等光