高二物理竞赛光波 相干光 光程差课件

1经典光学史大事录公元前5世纪，墨翟，小孔成像、色差与温度关系；

公元前3世纪，Euclid，光的直线传播和反射定律论述；

光的折射定律(1621,W.Snell,实验；1637,R.Descartes,理论)；

1658，P.Fermat，光传播中的最短光程原理；

1660，F.M.Grimaldi，发现光的衍射现象；

1666，I.Newton，棱镜色散；1675，牛顿环实验；

1669，E.Bartholinus，方解石双折射现象；

1690，C.Huygens，《光论》，提出光的波动说；

1704，I.Newton，《光论》，多种光现象的论述（微粒说）；

1801，T.Young，光的干涉实验；1817,T.Young,提出光是横波;

1808，E.J.Malus，光的偏振；1811，Brewster定律；

1815，J.V.Fraunhofer,光的衍射；A.J.Fresnel,H-F原理；

1821，A.J.Fresnel,光的横波理论；J.V.Fraunhofer,光栅；

1841,C.F.Gauss,几何光学理论;1859,G.R.Kirchhoff,辐射定律；1845,M.Faraday，磁光效应；1875，J.Kerr，电光效应；

1849,A.H.Fizeau,测光速;1850,J.B.L.Foucault,水与空气中光速;

1864,J.C.Maxwell,电磁理论、预测光是电磁波(1887,Hertz证实).2P21普通光源发光特点：原子发光是断续的，每次发光形成一长度有限的波列，各原子各次发光相互独立（电矢量振动方向也杂乱无章），故各波列互不相干。（1）光源的发光机制原子能级及发光跃迁基态激发态跃迁自发辐射1光源(LightSource)［附］：激光激光器发出的光本身就是单色性很好的相干光。3人眼不能感知光矢量的振动[偏振]方向，但对一定频段的光的强度I

敏感（主要源于视杆细胞）。在波动光学中，通常主要讨论光的相对强度，因此对同一频率的光也常直接把光强定义为:平面电磁波光矢量：在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用的是光的电矢量，常称为光矢量。（2）光是一种电磁波(ElectromagneticWave)4人眼对可见光(visiblelight)的响应对光色的分辨源自视锥细胞（光很暗时，视觉来自视杆细胞，无色觉）.每个人可见的光频范围略有不同.5可见光频率范围:单色光——只含单一波长的光复色光——含多种波长的光准单色光——光波中包含波长范围很窄的的光可见光波长范围:400450500550600650750nm紫

蓝

青

绿

黄

橙

红

[可见光]光谱：真空中的光速:因人而异（理想的单色光不存在）6白光通过三棱镜时发生色散形成连续光谱有些物质的光谱是分立的线光谱例：氦（He）的光谱7２、相干光的产生波阵面分割法(分波前法)*光源振幅分割法相干光条件：频率相同、振动方向平行、相位差恒定获得相干光的二类典型方法：杨氏干涉薄膜干涉动画演示8获得相干光的两类典型方法：两个独立的［普通］光源产生的光不容易满足相干条件。如果把同一光源发出的同一束光“分成两部分”，则比较容易获得相干光。有两种分法.光遇到介质界面时，一部分光被反射,另一部分则透射；如果把透射光再由一界面反射回来，与原来的反射光叠加到一起，这两反射光将符合相干光条件。薄膜12n1n2n31.

分振幅法（振幅分割法）:2.

分波面法（波阵面分割法、分波前法）:如果把一束光的同一个波阵面上的两个面元取出来作为[子]光源,则来自这两个子光源的光也符合相干光条件。［薄膜干涉，劈尖、牛顿环、Michaelson干涉仪属此类］［Young双缝干涉、Lloyd镜属此类］93光程(OpticalLength)光在真空中的速度光在介质中的速度真空中的波长介质的折射率介质中的波长10*P*11

波程差(WavePathDifference)

相位差(PhaseDifference)

*P*介质中的波长12

物理意义：光程就是光在介质中通过的几何路程按相位差相等折合到真空中的路程.*P*

(1)光程:介质折射率与光的几何路程之积=13(2)光程差

(两光程之差)光程差*P*相位差14干涉加强

干涉减弱15AB4薄透镜的等光程性AB焦平面平行光经过薄透镜不引起附加的光程差16二光矢量相叠加：光强：非相干光：相干光：与时间无关（但有空间分布），可出现干涉条纹分布5光波的叠加（光的干涉现象的原理）17二相干光[经不同介质、路径相遇]叠加后，总光强：6光的干涉的一般表达：其中当二相干光来自同一光源时，如无界面反射问题，则为二相干光的光程差当至少其中一个光路涉及界面反射问题，则必须考虑是否存在半波损失引起的额外相位、相位差。额外光程差：

半波损失：光由光速较大的介质射向光速较小的介质时，反射光位相突变，即光