波的獨立性、疊加性和相干性

1、本章主要內(nèi)容： 光是電磁波 光的波動特征之一 干涉 第1章 光的干涉1.1波的獨立性、疊加性和相干性一、光是電磁波依據(jù)：在19世紀(jì)70年代，麥克斯韋首先根據(jù)電磁 場理論推導(dǎo)出電磁波方程:導(dǎo) 出波速為：在真空中， 與實際測得的光速十分接近，于是麥克斯韋大膽地假設(shè)光也是電磁波。在介質(zhì)中，定義： 此式將光學(xué)和電磁學(xué)這兩個不同領(lǐng)域中的物理量聯(lián)系起來。在光頻段， 即折射率是簡諧光波在真空中的波長與它在介質(zhì)中的波長之比。得簡諧平面波的波動方程：二、電磁波波動方程的解由時間相角因子或時空相角因子三、電磁波是橫波 理論和實驗均證明，電磁波是橫波，并且對人眼起感光作用的是電場強(qiáng)度矢量，即 是兩兩正交的。電磁波譜

2、：電磁波的傳播過程是電磁場在空間的輸運過程,描述場能輸運情況的物理量是能流密度矢量 方向是場能運動方向大小等于每秒鐘通過單位截面積的場能亦稱為電磁波強(qiáng)度（光強(qiáng)）四、電磁波的能量傳播坡印亭矢量光強(qiáng) 對光進(jìn)行檢測時，只檢測其檢測時間內(nèi)的平均值即有實際意義的是 的平均值：可見： 人眼的視網(wǎng)膜或光探測器（利用光電效應(yīng)、光熱效應(yīng)和波相互作用效應(yīng)的器件，諸如光電管、CCD電荷耦合器）所檢測到的光的強(qiáng)弱都是由能流密度的大小來決定的。可見： 在波動光學(xué)中，常把振幅的平方所表征的光的輻照度稱為光強(qiáng)度，即： 這里 應(yīng)理解為相對強(qiáng)度，其值與所在處 介質(zhì)的折射率有關(guān)五、波動的基本性質(zhì)1.獨立性 幾列波相遇于同一區(qū)域時

3、，各自保持自己的特性，按照自己原來的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)2.疊加性 在相遇區(qū)域內(nèi)，介質(zhì)質(zhì)點的合位移是各波分別單獨傳播時在該點所引起的位移的矢量合疊加原理。 疊加原理表明，任何復(fù)雜的波可以看成是一系列簡諧波的疊加。 光波的疊加原理是波動光學(xué)的基本原理之一。相干條件：振動方向相同頻率相同相位相同或相位差恒定相干波：滿足相干條件的幾列波稱為相干波。相干波源：能發(fā)出相干波的波源稱為相干波源。六、光波的干涉 如果兩波頻率相同，在觀察時間內(nèi)波動不中斷， 而且在相遇處振動方向幾乎沿著同一直線，那么它們疊加后產(chǎn)生的合振動在有些地方加強(qiáng)，在有些地方減弱，這一強(qiáng)度按空間周期性變化的現(xiàn)象稱為干涉。干涉現(xiàn)象的強(qiáng)度分布光波

4、干涉現(xiàn)象七、相干與不相干的區(qū)別：光波的疊加 電磁振動的疊加 設(shè)兩簡諧振動的方程為:疊加合振幅：合振動的平均相對強(qiáng)度為： 合振幅： 合振動的初相位：討論若在觀察時間內(nèi)，兩電磁振動各自繼續(xù)進(jìn)行，并不中斷，則 始終保持不變,（即相位差恒定），與時間無關(guān)。這時有： 于是合振動的平均強(qiáng)度為： 干涉項當(dāng) 時此時合振動最強(qiáng)，稱為干涉相長。 當(dāng) 時此時合振動最小，稱為干涉相消。 則則相干疊加的結(jié)果（相干疊加的極值條件）當(dāng) 時則 且則于是合振動的平均強(qiáng)度為： 合振動的平均強(qiáng)度等于分振動強(qiáng)度之和。 若在觀察時間內(nèi)，振動時斷時續(xù)， 經(jīng)歷 之間的一切可能值，概率均等地在觀察時間內(nèi)多次經(jīng)歷從 之間的一切可能值， 非相干疊加結(jié)論： 在幾乎同一直線上的，同頻率的兩個電磁振動疊加時，會產(chǎn)生兩種結(jié)果： 則產(chǎn)生相干疊加 通常稱：頻率相同、振動方向幾乎相同、 相位差保持不變?yōu)橄喔蓷l件 。 則產(chǎn)生不相干疊加 可見：相干與不相干只是不同情況 波的疊加的具體表現(xiàn)。 特別指出：只要兩個振動不垂直，