物理光學(xué)復(fù)習(xí)知識總結(jié)

1、第3章光的干涉§3.1 干涉的基本理論 波的疊加原理獨立傳播原理：真空中波具有不受其他波動干擾、保持自身特性( 頻率、振幅、振動方向)、沿固有方向傳播的性質(zhì)。是一切波動的共有性質(zhì)。條件：真空中普遍成立疊加原理：多個具有獨立性的波相遇時，在相遇區(qū)域內(nèi)的質(zhì)點位移是各個波單獨傳播時該質(zhì)點位移的矢量和。條件：真空，弱振動。線性媒質(zhì)：滿足獨立傳播原理和疊加原理。相干性：波相遇時，若滿足某些特定條件，在相遇區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的合振動強度表現(xiàn)為空間的周期性變化，即波具有相干性。 光波疊加綜述1. 兩個同頻同向平面波的疊加 合成波： 其中： 若= 2. 兩個同頻反向平面波的疊加-駐波合成波：當(dāng)：波復(fù) ：波節(jié)

2、3. 不同頻率標(biāo)量波的疊加合成波： 時間頻率為兩個分量波圓頻率之差，這個頻率頻率稱為拍頻。這種有兩個交變物理量疊加產(chǎn)生一個差頻物理現(xiàn)象稱為拍頻現(xiàn)象雙光束干涉的基本條件 1.干涉場強度 干涉問題包含：光源、干涉裝置和干涉圖形三個要素。 在光和物質(zhì)的互相作用中，其主要作用的是光波的電場。所以電場能量密度為： 我們可以用的相對分布來描述一個干涉圖形，定義為干涉強度，并表示為 干涉強度的單位是如果是一個二維觀察屏單位為 2.干涉項 以下面兩個單色平面波為例： 合成波的干涉強度為： 所以只有當(dāng)不為0時，才說明該處發(fā)生了光的干涉，因此稱為兩束光干涉的干涉項。由上分析可得： 為了獲得穩(wěn)定的干涉強度空間分布，

3、首先必須滿足的條件是，；第二個條件是，；條件三，=常量。3.干涉裝置干涉裝置包括三個方面：1產(chǎn)生兩個或多個相干光波2引入被測對象3改變各相干光波的傳播方向或波形使其疊加按分光功能(產(chǎn)生相干光波的功能)，可將裝置分為兩類：1分波面裝置: 把光波波面上劃分出兩個或多個空間區(qū)域并使各區(qū)域的光波疊加產(chǎn)生干涉2分振幅裝置：利用折射、反射，將入射光按振幅比例分成兩束或者多束，并使各相干光束疊加產(chǎn)生干涉§3.2 分波面干涉 楊氏實驗 理想光源是指嚴(yán)格的單色點光源。 （1）光源位于y軸上的情形： 兩束相干光的光程差可表示為： 初位相差：楊氏雙縫干涉實驗-明/暗紋位置:位置：間距：特點：平行于縫的等亮

4、度、等間距、明暗相間的條紋 （2）光源偏離yz面的情形 兩束相干光的光程差可表示為：初位相差：光源偏離yz面干涉紋特點光源S0是位于y軸上的理想光源時，楊氏條紋是一組強度呈余弦函數(shù)分布，全對比，平行于z軸的平行等距直條紋，零級條紋位于x=0處;當(dāng)光源S0在干涉裝置的對稱面內(nèi)平移(沿方向)時，不改變光源空間的對稱性，不影響S1和S2的初位相差，因此楊氏條紋不變;當(dāng)光源S0偏離干涉裝置的對稱平面，即沿軸平移時，將使S1和S2之間產(chǎn)生初相差，引起整組條紋向光源S0移動的相反方向平移。 光波的相干性 空間相干性：橫向相干性，時間相干性：縱向相干性。 光波的相干性就是討論由實際光源產(chǎn)生的光波干涉疊加的性

5、質(zhì)。由于光波相干性是由光源在空間域和時間域的擴展引起的，所以可分為空間相干性和時間相干性。1.光波的空間相干性 光波的空間相干性是指單色擴展光源照明的空間兩點S1和S2作為次波源時的相干性或位相關(guān)聯(lián)性。這種相干性或位相關(guān)聯(lián)性的程度可由S1和S2發(fā)出次波的干涉強度分布來衡量，具體的說可用干涉條紋的反襯度V來衡量。 光源寬度對干涉條紋反襯度的影響： 如上圖：發(fā)出不相干的光波。但是由S1和S2發(fā)出的次波具有部分相干性。合成的楊氏干涉條紋的強度公式中，干涉強度是受余弦函數(shù)調(diào)制的余弦條紋，條紋的反襯度為。和分別表示發(fā)出的光波到達(dá)S1和S2上的相位差。 令，當(dāng)=時，S1和S2完全相干，V=1：當(dāng)=時，S1

6、和S2是非相干，V=0；當(dāng)介于兩者之間時，S1和S2是部分相干的，V<1 。 也可用下列物理量描述空間相干： （1）相干范圍：即允許S1和S2之間的距離。當(dāng)光源的尺寸為b時，相干區(qū)線度為： 相干面積： （2）相干角度：用允許的干涉孔徑角表示的空間相干性稱為相干角度，由于干涉孔徑角，所以相干角度為： 2.光波的時間相干性 時間相干性本質(zhì)上，點光源不同時刻擾動之間在位相上的關(guān)聯(lián)性；而表觀上，它表現(xiàn)為該點光源產(chǎn)生的兩個光波干涉疊加時，使反襯度不為0的最大光程差或傳播時間差。 描述時間相干性的幾個物理量： （1）相干光程：使用非單色光源時，使干涉條紋反襯度V剛好不為0的兩束光最大的光程差。 （2

7、）相干時間：使用非單色光源時，使干涉條紋反襯度V剛好不為0的兩束光最大的時間差。 （3）最大干涉級：使用非單色光源時，觀察到干涉條紋反襯度V剛好不為0的干涉條紋的最大干涉級。§3.3 分振幅干涉 一、等傾干涉利用透明介質(zhì)的第一和第二表面對入射光的依次反射，將入射光的振幅分解為若干部分，由這些光波相遇所產(chǎn)生的干涉，稱為分振幅法干涉。在使用擴展光源的同時，保持清晰的條紋，解決條紋亮度與可見度的矛盾。 在陽光照射下，肥皂膜或水面上的油膜上面呈現(xiàn)美麗的彩色圖案，這些都是常見的薄膜干涉現(xiàn)象。利用薄膜上、下兩個表面對入射光的反射和折射，可在反射方向(或透射方向)獲得相干光束。平行平板的等傾干涉等

8、傾干涉：非平行光入射平行平面薄膜，h相同，對于不同的入射角產(chǎn)生不同的干涉條紋，這種干涉叫等傾干涉。1在一均勻透明介質(zhì)n'中放入上下表面平行，厚度為h的均勻介質(zhì)n,兩支相干光的光程差為： 2等傾干涉紋特征：點光源照明傾角i相同的光線對應(yīng)同一條干涉條紋等傾條紋。形狀：一系列同心圓環(huán)，分布：內(nèi)疏外密。3等傾干涉：透射光的干涉 對于同一入射角的光束來說，兩支透射光的光程差和兩支反射光的光程差恰好相差半個波長，當(dāng)對應(yīng)某一入射角的透射光條紋是亮紋時，反射光條紋是暗紋。透射光的等傾條紋和反射光的等傾條紋是互補的。楔形板和薄膜的等厚干涉1兩個不平行平面的分振幅干涉，稱為楔形平板的干涉。楔板產(chǎn)生的等厚條

9、紋：從光源S中心發(fā)出經(jīng)楔板上下表面反射的兩支光交于定域面上某點P，這兩支相干光在P點產(chǎn)生的光程差為：精確計算較困難，近似用平行平板的光程差公式來代替2若照明平行光垂直入射楔板，若楔板折射率處處均勻，干涉條紋與等厚度的軌跡相對應(yīng)，這種條紋稱為等厚條紋。3干涉條紋分布的特點： 當(dāng)有半波損失時，在劈棱h=0處為暗紋，否則為一亮紋；干涉條紋是平行于棱邊的直條紋相鄰明（暗）紋間距楔角愈小，干涉條紋分布就愈稀疏§3.4 多光束干涉 平行平板的多光束干涉1平行平板分光裝置相鄰兩束光的光程差: 位相差： 光程差與位相差的關(guān)系：法布里-珀羅干涉儀及其條紋分布規(guī)律薄膜光學(xué)基礎(chǔ) 光學(xué)薄膜是指用物理或化學(xué)方法在玻璃上或別種基底材料上鍍制的單層或多層透明薄膜，用以控制光波的透射，反射，及偏振等傳播特性。 1.單層薄膜的反射 各束反射光的復(fù)振幅分別為： 所以合振幅可表示為： 反射系數(shù)： 總反射率： 課本要看！1.）當(dāng)介于和之間時，單層膜可以減反射或增透射；適當(dāng)選擇薄膜媒質(zhì)的折射率，可使，即作到消反射，消反射條件： 但真正的消反射膜必須采用雙層或多層結(jié)構(gòu)。 2）當(dāng)<>或><時，這種膜層只能增大反射率，