斐索Fizeau干涉儀課件

幾何光學(xué)下篇物理光學(xué)幾何光學(xué)：不涉及光的物理本性；幾何光學(xué)：依據(jù)基本實(shí)驗(yàn)定律＋幾何定理—>處理光的傳播問(wèn)題，說(shuō)明光通過(guò)介質(zhì)時(shí)的現(xiàn)象?；疚锢砹浚翰?、光線（點(diǎn)、線、面）幾何光學(xué)的困難；

幾何光學(xué)是物理光學(xué)在波長(zhǎng)趨于零時(shí)的一種近似；幾何光學(xué)下篇物理光學(xué)幾何光學(xué)：不涉及光的物理本性；物理光學(xué)物理光學(xué)：研究光的物理本性、傳播規(guī)律的學(xué)科?！舨▌?dòng)光學(xué)：把光這種物質(zhì)看成是電磁波。以波動(dòng)觀點(diǎn)討論光學(xué)問(wèn)題；采用波長(zhǎng)、相位等波動(dòng)概念描述；◆量子光學(xué)：把光這種物質(zhì)看成是能量子，即光子。以量子觀點(diǎn)討論光學(xué)問(wèn)題；◆光的波粒二象性：

波動(dòng)性——光的傳播、干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象；

粒子性——熱輻射、光電效應(yīng)；物理光學(xué)物理光學(xué)：研究光的物理本性、傳播規(guī)律的學(xué)科。Maxwell光是一種電磁波Hertz光波就是電磁波光的電磁理論第九章光的電磁理論基礎(chǔ)經(jīng)典光學(xué)現(xiàn)代光學(xué)重要理論基礎(chǔ)本章敘述光的電磁性質(zhì)；光在均勻媒質(zhì)中傳播的基本規(guī)律；光波的疊加和復(fù)雜波分析的基本處理。Maxwell光是一種電磁波Hertz光波就是圖1光在電磁波中的位置光的傳播是一種電磁現(xiàn)象，是電磁振動(dòng)在空間的傳播。光的電磁理論：以波動(dòng)觀點(diǎn)討論光學(xué)問(wèn)題；采用波長(zhǎng)、相位等波動(dòng)概念描述；圖1光在電磁波中的位置光的傳播是一種電磁現(xiàn)象，是電磁振動(dòng)在第九章光的電磁理論基礎(chǔ)光的本質(zhì)光的電磁理論的建立（19世紀(jì)中葉）麥克斯韋（Maxwell）赫茲（Hertz）光在電磁波中的位置第九章光的電磁理論基礎(chǔ)光的本質(zhì)

TheelectromagneticspectrumlongWavelength380nm violet-blue780nm deep-redGammaRaysX-RaysUltravioletVMicro-wavesRadio-wavesInfra-redshortTheelectromagneticspectruml

第一節(jié)

光的電磁性質(zhì)一、麥克斯韋方程組（Maxwell’sequation）1、靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)的基本規(guī)律電場(chǎng)強(qiáng)度（E）：電場(chǎng)中某點(diǎn)在數(shù)量和方向上等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力。單位N/c或V/m。電感強(qiáng)度（D）：輔助物理量,D＝E+P。單位c/m2。磁感強(qiáng)度（B）：?jiǎn)挝籘。速度為1m/s電量為1c的電荷受到的磁力為1N時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）：輔助物理量，H＝B/-M。單位A/m。第一節(jié)光的電磁性質(zhì)一、麥克斯韋方程組（Maxwell高斯定理：

安培定則：：磁場(chǎng)強(qiáng)度：電場(chǎng)強(qiáng)度B:磁感強(qiáng)度D:電感強(qiáng)度HE靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)的基本規(guī)律高斯定理：：磁場(chǎng)強(qiáng)度：電場(chǎng)強(qiáng)度B:磁感強(qiáng)度D:電感強(qiáng)度2、麥克斯韋方程組的積分形式后兩個(gè)公式反映了磁場(chǎng)和電場(chǎng)之間的相互作用。2、麥克斯韋方程組的積分形式后兩個(gè)公式反映了磁場(chǎng)和電場(chǎng)之間的3、麥克斯韋方程組的微分形式微分形式：（9－1）（9－2）（9－3）（9－4）揭示了電流、電場(chǎng)、磁場(chǎng)相互激勵(lì)的性質(zhì)3、麥克斯韋方程組的微分形式微分形式：（9－1）揭示了電流、二、物質(zhì)方程（描述物質(zhì)在場(chǎng)作用下特性的方程）二、物質(zhì)方程三、電磁場(chǎng)的波動(dòng)性（波動(dòng)方程）點(diǎn)積為零，叉積與時(shí)間偏導(dǎo)成正比(10-13)(10-14)三、電磁場(chǎng)的波動(dòng)性（波動(dòng)方程）點(diǎn)積為零，叉積與時(shí)間偏導(dǎo)成正比交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁波，光波就是電磁波。－－確立光的電磁理論。交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁波，光波就是電磁波。斐索Fizeau干涉儀課件四、平面電磁波及其性質(zhì)（一）波動(dòng)方程的平面波解1、方程求解：設(shè)光波沿z軸正向傳播四、平面電磁波及其性質(zhì)（一）波動(dòng)方程的平面波解1、方程求解：斐索Fizeau干涉儀課件這是行波的表示式，表示源點(diǎn)的振動(dòng)經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間推遲才傳播到場(chǎng)點(diǎn)。取正向傳播：2、解的意義：這是行波的表示式，表示源點(diǎn)的振動(dòng)經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間推遲才傳播到場(chǎng)（二）波動(dòng)方程的平面簡(jiǎn)諧波解相位是時(shí)間和空間坐標(biāo)的函數(shù)，表示平面波在不同時(shí)刻空間各點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)。（二）波動(dòng)方程的平面簡(jiǎn)諧波解相位是時(shí)間和空間坐標(biāo)的函數(shù)，表示波動(dòng)公式：（9－25）（9－26）上式是一個(gè)具有單一頻率、在時(shí)間和空間上無(wú)限延伸的波。波動(dòng)公式：（9－25）上式是一個(gè)具有單一頻率、在時(shí)間和空間上斐索Fizeau干涉儀課件沿空間任一方向k傳播的平面波復(fù)振幅：只關(guān)心光波在空間的分布。沿空間任一方向k傳播的平面波復(fù)振幅：只關(guān)心光波在空間的分布。（三）平面電磁波的性質(zhì)1、橫波特性：電矢量和磁矢量的方向均垂直波的傳播方向。2、E、B、k互成右手螺旋系。3、E和B同相（三）平面電磁波的性質(zhì)1、橫波特性：電矢量和磁矢量的方向均垂斐索Fizeau干涉儀課件五、球面波和柱面波1、球面波：任意時(shí)刻波振面為球面的光波

公式公式的意義五、球面波和柱面波1、球面波：任意時(shí)刻波振面為球面的光波2、柱面波（具有無(wú)限長(zhǎng)圓柱波面的波，一般由線光源產(chǎn)生）公式公式的意義2、柱面波本節(jié)內(nèi)容回顧1、麥克斯韋方程組2、物質(zhì)方程3、波動(dòng)方程4、電磁波的平面波解（平面波、簡(jiǎn)諧波解的形式和意義，物理量的關(guān)系，電磁波的性質(zhì)）5、球面波和柱面波（定義、方程表達(dá)式）本節(jié)內(nèi)容回顧1、麥克斯韋方程組MeasurementsoftheSpeedoflightMeasurementsoftheSpeedofl

第四節(jié)光波的疊加

2、波的疊加原理：幾個(gè)波在相遇點(diǎn)產(chǎn)生的合振動(dòng)是各個(gè)波單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)的矢量和。1、波的疊加現(xiàn)象一、波的疊加原理

第四節(jié)光波的疊加

2、波的疊加原理：1、波的疊加3、注意幾個(gè)概念：疊加結(jié)果為光波振幅的矢量和，而不是光強(qiáng)的和。光波傳播的獨(dú)立性：兩個(gè)光波相遇后又分開，每個(gè)光波仍然保持原有的特性（頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向、傳播方向等）。疊加的合矢量仍然滿足波動(dòng)方程的通解，公式（9-27）。一個(gè)實(shí)際的光場(chǎng)是許多個(gè)簡(jiǎn)諧波疊加的結(jié)果。3、注意幾個(gè)概念：二、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的單色光波的疊加（一）三角函數(shù)的疊加S1S2

P點(diǎn)的合振動(dòng)也是一個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)；振動(dòng)頻率和振動(dòng)方向與兩單色光波相同。二、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的單色光波的疊加（一）三角函數(shù)（二）復(fù)函數(shù)的疊加（二）復(fù)函數(shù)的疊加（三）對(duì)疊加結(jié)果的分析：（主要對(duì)象為合成的光強(qiáng)）（三）對(duì)疊加結(jié)果的分析：（主要對(duì)象為合成的光強(qiáng)）說(shuō)明1、因?yàn)?，光?qiáng)是位置的函數(shù)；2、只要光源的初位相不變就會(huì)在光波疊加區(qū)域里形成強(qiáng)弱穩(wěn)定的光強(qiáng)分布－－干涉現(xiàn)象。3、相干光波和相干光源。說(shuō)明1、因?yàn)椋鈴?qiáng)是位三、駐波

在波的傳播路徑上，對(duì)于介質(zhì)不同點(diǎn)有不同振幅兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同而傳播方向相反的單色光波的疊加將形成駐波。垂直入射的光波和它的反射光波之間將形成駐波。三、駐波兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同而傳播方向相反的單色光波的入射波反射波入射波反射波四、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向垂直的單色光波的疊加合振動(dòng)的大小和方向隨時(shí)間變化，合振動(dòng)矢量末端運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：2a12a2EyExy合成波是橢圓偏振光四、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向垂直的單色光波的疊加合振動(dòng)的大小和右旋光與左旋光1、右旋光：迎著光的傳播方向觀察，合矢量順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。2、左旋光：迎著光的傳播方向觀察，合矢量逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。右旋光與左旋光1、右旋光：迎著光的傳播方向觀察，合矢量順時(shí)針橢圓形狀和旋向的分析：()（圖9-34）EyEx3π/2<δ<2πEyExδ=0EyEx0<δ<π/2EyExδ=π/2EyExπ/2<δ<πEyExδ=πEyExπ<δ<3π/2EyExδ=3π/2橢圓形狀和旋向的分析：(本節(jié)內(nèi)容回顧1、波的疊加原理2、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的單色光波疊加3、駐波（頻率同、振動(dòng)方向同、傳播方向相反）4、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向垂直的單色光波疊加本節(jié)內(nèi)容回顧1、波的疊加原理第十章光的干涉

干涉現(xiàn)象是光波波動(dòng)性的重要特征1801年楊氏干涉實(shí)驗(yàn)—波動(dòng)理論—部分相干理論應(yīng)用：測(cè)量光譜線的細(xì)微結(jié)構(gòu)、測(cè)量長(zhǎng)度多種干涉裝置：楊氏雙縫干涉、邁克爾遜干涉儀等本章內(nèi)容：干涉現(xiàn)象、干涉理論和干涉裝置第十章光的干涉干涉現(xiàn)象是光波波動(dòng)性的重要特征第一節(jié)光波的干涉條件一、干涉現(xiàn)象1、什么是干涉現(xiàn)象（Interference）2、相干光波（Coherentwave）和相干光源（Coherentlightsource）能夠產(chǎn)生干涉的光波，叫相干光波；其光源稱為相干光源。第一節(jié)光波的干涉條件一、干涉現(xiàn)象1、什么是干涉現(xiàn)象（Int二、干涉條件一般情況下，二、干涉條件一般情況下，對(duì)于兩個(gè)平面簡(jiǎn)諧波對(duì)于兩個(gè)平面簡(jiǎn)諧波干涉條件（必要條件）：補(bǔ)充條件：疊加光波的光程差不超過(guò)波列的長(zhǎng)度干涉條件（必要條件）：補(bǔ)充條件：疊加光波的光程差不超過(guò)波列的第二節(jié)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)（Young’sdouble-slitexperiment）一、干涉圖樣的計(jì)算1、P點(diǎn)的干涉條紋強(qiáng)度光強(qiáng)I的強(qiáng)弱取決于光程差第二節(jié)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)1、P點(diǎn)的干涉條紋強(qiáng)度光強(qiáng)I的強(qiáng)弱取2、光程差D的計(jì)算光程差：OxyzP(x,y,D)dS1r2r1S2SyxDw2、光程差D的計(jì)算光程差：OxyzP(x,y,D)dS1r23、干涉條紋（Interferencefringes）及其意義x對(duì)于接收屏上相同的x值，光強(qiáng)I相等。條紋垂直于x軸。3、干涉條紋（Interferencefringes）用光程差表示：結(jié)論：1、干涉條紋代表著光程差的等值線。2、相鄰兩個(gè)干涉條紋之間其光程差變化量為一個(gè)波長(zhǎng)l，位相差變化2p。在同一條紋上的任意一點(diǎn)到兩個(gè)光源的光程差是恒定的。用光程差表示：結(jié)論：在同一條紋上的任意一點(diǎn)到兩個(gè)光源的光程差斐索Fizeau干涉儀課件InterferencefringesaxialZeroth-ordermaximumFirst-orderminimumFirst-ordermaximumInterferencefringesaxialZerot4、干涉條紋的間隔定義：兩條相干光線的夾角為相干光束的會(huì)聚角，用w表示。m+14、干涉條紋的間隔定義：兩條相干光線的夾角為相干光束的會(huì)聚角5、干涉條紋間隔的影響因素1）相干波源到接收屏之間的距離D2）兩相干波源之間的距離d3）波長(zhǎng)5、干涉條紋間隔的影響因素1）相干波源到接收屏之間的距離D干涉條紋間隔與波長(zhǎng)的關(guān)系x0白條紋白條紋白光條紋干涉條紋間隔與波長(zhǎng)的關(guān)系x0白條紋白條紋白光條紋二、兩個(gè)點(diǎn)源在空間形成的干涉場(chǎng)二、兩個(gè)點(diǎn)源在空間形成的干涉場(chǎng)在三維空間中，干涉結(jié)果：等光程差面局部位置條紋在三維空間中，干涉結(jié)果：等光程差面局部位置條紋本節(jié)內(nèi)容回顧6、干涉條紋間隔與波長(zhǎng)：多色光的干涉7、兩個(gè)點(diǎn)源在空間形成的干涉場(chǎng)：等光程差面2、P點(diǎn)的干涉條紋強(qiáng)度：3、光程差D的計(jì)算：4、干涉條紋的意義：光程差的等值線。5、干涉條紋的間隔：1、干涉現(xiàn)象和干涉條件本節(jié)內(nèi)容回顧6、干涉條紋間隔與波長(zhǎng)：多色光的干涉7、兩個(gè)點(diǎn)源干涉現(xiàn)象（Interference）在兩個(gè)（或多個(gè)）光波疊加的區(qū)域形成強(qiáng)弱穩(wěn)定的光強(qiáng)分布的現(xiàn)象，稱為光的干涉現(xiàn)象。ThetermInterferencereferstothephenomenonthatwaves,undercertainconditions,intensifyorweakeneachother.干涉現(xiàn)象（Interference）在兩個(gè)（或多個(gè)）光波疊加干涉現(xiàn)象實(shí)例（InterferenceExamples）干涉現(xiàn)象實(shí)例（InterferenceExamples）22第三節(jié)干涉條紋的可見(jiàn)度

Thevisibility(contrast)ofinterferencefringesK表征了干涉場(chǎng)中某處干涉條紋亮暗反差的程度?？梢?jiàn)度(Visibility,Contrast)定義：第三節(jié)干涉條紋的可見(jiàn)度K表征了干涉場(chǎng)中某處可見(jiàn)度(Vis式（10-19）光強(qiáng)與可見(jiàn)度的關(guān)系：式（10-19）光強(qiáng)與可見(jiàn)度的關(guān)系：一、振幅比對(duì)條紋可見(jiàn)度的影響一、振幅比對(duì)條紋可見(jiàn)度的影響二、光源寬度的影響和空間相干性相干性（Coherence）相干性與干涉（Coherence&interference）xI點(diǎn)光源產(chǎn)生的干涉條紋xI擴(kuò)展光源產(chǎn)生的干涉條紋二、光源寬度的影響和空間相干性相干性（Coherence）分光性質(zhì)：振幅分割工作原理：兩個(gè)干涉的點(diǎn)源：兩個(gè)反射面對(duì)S點(diǎn)的象S1和S2第四節(jié)平板的雙光束干涉SS1S2PM1M2n分光性質(zhì)：振幅分割第四節(jié)平板的雙光束干涉SS1S2PM1M1.條紋定域：能夠得到清晰干涉條紋的區(qū)域。一、干涉條紋的定域非定域條紋：在空間任何區(qū)域都能得到清晰的干涉條紋。定域條紋：只在空間某些確定的區(qū)域產(chǎn)生清晰的干涉條紋。點(diǎn)光源產(chǎn)生的非定域干涉2.平板干涉的優(yōu)點(diǎn)，用面光源1.條紋定域：能夠得到清晰干涉條紋的區(qū)域。一、干涉條紋的定域二、平行平板(Plane-ParallelPlates)干涉（等傾干涉Interferenceofequalinclination）1.光程差計(jì)算nn'21二、平行平板(Plane-ParallelPlates)nn'phasechangeNophasechange半波損失nn'phasechangeNophasechan2.平板干涉裝置注意：采用擴(kuò)展光源，條紋域在無(wú)窮遠(yuǎn)。條紋成象在透鏡的焦平面上。2.平板干涉裝置3、條紋分析(Fringesofequalinclination)l（光程差與條紋級(jí)數(shù)）＝中心lomnh=+D22（最大干涉級(jí)在中心。時(shí)最大，＝）光程差在q021

3、條紋分析(Fringesofequalinclin斐索Fizeau干涉儀課件中央條紋寬，邊緣條紋窄。（5）反射光條紋和透射光條紋互補(bǔ)P238圖10-14a中央條紋寬，邊緣條紋窄。（5）反射光條紋和透射光條紋互補(bǔ)圖10-17楔形平板的干涉θ2ACSPBθ1nn'n'2、光程差計(jì)算二、楔形平板干涉（等厚干涉Interferenceofequalthickness）圖10-17楔形平板的干涉θ2ACSPBθ1nn'n'垂直入射時(shí)，光程差是厚度h的函數(shù)，在同一厚度的位置形成同一級(jí)條紋。l'l垂直入射時(shí)，光程差是厚度h的函數(shù)，在同一厚度的位置形成同（1）對(duì)于折射率均勻的楔形平板，條紋平行于楔棱（1）對(duì)于折射率均勻的楔形平板，條紋平行于楔棱Dh(2)兩條紋間厚度的變化Dh(2)兩條紋間厚度的變化aa用劈形膜干涉方法可檢驗(yàn)工件表面的平整度。圖為工件表面不平整時(shí)的干涉條紋。應(yīng)用實(shí)例用劈形膜干涉方法可檢驗(yàn)工件表面的平整度。圖為工件表面不平整時(shí)第五節(jié)典型的雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用1、斐索(Fizeau)干涉儀：等厚干涉型的干涉儀L3GL2PQL1激光平面干涉儀1）激光平面干涉儀的組成和工作原理一、典型干涉系統(tǒng)第五節(jié)典型的雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用1、斐索(Fizeaa2）主要用途?測(cè)定平板表面的平面度和局部誤差?測(cè)量平行平板的平行度和小角度光楔的楔角?測(cè)量透鏡的曲率半徑a2）主要用途?測(cè)量平行平板的平行度和小角度光楔的楔角L3GL2QL1激光平面干涉儀a?測(cè)量平行平板的平行度和小角度光楔的楔角L3GL2QL1激DhR1R2PQ?測(cè)量透鏡的曲率半徑牛頓環(huán)DhR1R2PQ?測(cè)量透鏡的曲率半徑牛頓環(huán)球面干涉儀LLLLPQ球面干涉儀LLLLPQ小結(jié)：基本特點(diǎn)：（1）屬于等厚干涉（2）干涉光束，一個(gè)來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)反射面，一個(gè)來(lái)自被測(cè)面。重點(diǎn)了解：光程差與厚度的關(guān)系。條紋分析：小結(jié)：（2）干涉光束，一個(gè)來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)反射面，重點(diǎn)了解2、邁克爾遜干涉儀（TheMichelsoninterferometer）ExtendedsourceBeamsplitterReflectivecoatingMirrorCompensatingplate1）干涉儀結(jié)構(gòu)分光板和補(bǔ)償板平面反射鏡干涉原理2）干涉條紋的性質(zhì)等厚干涉等傾干涉2、邁克爾遜干涉儀ExtendedsourceBeamsDS特點(diǎn)：M1和M2垂直時(shí)是等傾干涉，否則為等厚干涉。了解：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，（2）M1或M2垂直于光線移動(dòng)時(shí)對(duì)條紋的影響DS特點(diǎn)：M1和M2垂直時(shí)是等傾干涉，否則為等厚干涉。了3、泰曼干涉儀（Twylainterferometer）特點(diǎn)：在邁克爾遜干涉儀的一個(gè)光路中加入了被測(cè)光學(xué)器件ContourlinesFringesofequalthickness3、泰曼干涉儀（Twylainterferometer）特第十二章光的偏振光的偏振（Polarizationoflight）現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)偏振現(xiàn)象的意義（說(shuō)明了光的橫波性）菲涅爾（Fresnel）和阿喇果（Arago）實(shí)驗(yàn)楊氏假設(shè)菲涅爾的理論偏振現(xiàn)象與晶體（Crystal）第十二章光的偏振光的偏振（Polarizationof第一節(jié)偏振光概述一、偏振光與自然光（PolarizedlightandNaturallight）1、自然光：具有一切可能的振動(dòng)方向的許多光波之和。特點(diǎn)：振動(dòng)方向的無(wú)規(guī)則性。表示：可用兩個(gè)振動(dòng)方向垂直的、強(qiáng)度相等的、

位相關(guān)系不確定的光矢量表示。自然光Naturallight第一節(jié)偏振光概述一、偏振光與自然光（Polarizedl2、偏振光（Polarizedlight）：

光矢量的方向和大小有規(guī)則變化的光

線偏振光（Linearlypolarizedlight）：光矢量方向不變，其大小隨位相變化。

圓偏振光（Circularlypolarizedlight）：光矢量大小不變，其方向繞傳播方向均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，且矢量末端軌跡為圓。

橢圓偏振光（Ellipticallypolarizedlight）：光矢量大小和方向都在有規(guī)律地變化，且矢量末端軌跡為橢圓。2、偏振光（Polarizedlight）：偏振光方程：偏振光方程：Z1）線偏振光(Linearlypolarizedlight)振動(dòng)平面：光矢量與傳播方向組成的平面稱為線偏振光的振動(dòng)平面。Z1）線偏振光右旋z2)圓偏振光(Circularlypolarizedlight)右旋z2)圓偏振光(Circularly3)橢圓偏振光(Ellipticallypolarizedlight)左旋右旋z3)橢圓偏振光左旋z自然光部分偏振光3、部分偏振光(Partiallypolarizedlight)自然光在傳播過(guò)程中，由于外界的作用造成振動(dòng)方向上強(qiáng)度不等，使某一方向上的振動(dòng)比其它方向上的振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。PartialpolarizedlightNaturallight自然光部分偏振光3、部分偏振光(Partiallypol表示：部分偏振光=完全偏振光+自然光完全偏振光Ip=Imax-Imin偏振度：表示：部分偏振光=完全偏振光+自然光完全偏振光二、偏振光的產(chǎn)生（Productionofpolarizedlight）

主要方法：反射和折射、二向色性、散射、雙折射1.Polarizationbyreflection2.Polarizationbytransmission3.Polarizationbydichroism4.Polarizationbyscattering5.Polarizationbydoublerefraction二、偏振光的產(chǎn)生（Productionofpolari1、由反射和折射產(chǎn)生偏振光1）菲涅爾公式：反射波、折射波與入射波振幅比值的關(guān)系2n1q1n2q1q’xzoE1pE1sE’1sE’1pE2sE2p入射面xoz分界面xoy1、由反射和折射產(chǎn)生偏振光1）菲涅爾公式：反射波由麥克斯韋方程組和電磁場(chǎng)邊界條件推出：由麥克斯韋方程組和電磁場(chǎng)邊界條件推出：公式討論：1、由式（1）知：當(dāng)光線從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)時(shí)，2、由式（3）知：當(dāng)時(shí)，3、由，式（2）（4）知：公式討論：1、由反射光為線偏振光。振動(dòng)方向垂直于入射面。透射光為部分線偏振光。2）布儒斯特定律(Brewster’sLaw

)自然光投射到兩種不同介質(zhì)的分界面上時(shí)，若入射角滿足關(guān)系式，則反射光中沒(méi)有振動(dòng)平行于入射面的分量?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁ?n1n1q2q1q,入射角為布儒斯特角，即反射光為線偏振光。振動(dòng)方向垂直于入射面。2）布儒3）實(shí)例（Examples）：用玻璃片堆獲得偏振光3）實(shí)例（Examples）：用玻璃片堆獲得偏振偏振分光鏡

ZnS(n2)冰晶石(n1)45。n3制作原理n3膜層厚度層數(shù)偏振分光鏡ZnS(n2)冰晶石(n1)45。2、由二向色性產(chǎn)生偏振光(PolarizationbyDichroism)二向色性(Dichroism)：各向異性的晶體對(duì)光的吸收本領(lǐng)隨波長(zhǎng)改變外，還隨光矢量相對(duì)晶體的方位而改變。人造偏振片(Polaroid)：H偏振片和K偏振片x(拉伸方向)y(透光軸方向)z2、由二向色性產(chǎn)生偏振光二向色性(Dichroism)：一束非偏振光入射到氣體上，那麼在與入射光束垂直的方向上被散射的光是線偏振光。散射光的振動(dòng)方向在光線傳播方向的垂直平面內(nèi)。3、由散射產(chǎn)生偏振光(Polarizationbyscattering)一束非偏振光入射到氣體上，那麼在與入射光束垂直的方向上被散射三.馬呂斯定律(Malus’law)和

消光比(Extinctionratio)如果一入射線偏振光的電矢量振動(dòng)方向和檢偏器的透光軸成q角，則通過(guò)檢偏器之后的光強(qiáng)I為：起偏器（Polarizer）：用來(lái)產(chǎn)生偏振光的偏振器件。檢偏器（Analyser）：用來(lái)檢驗(yàn)偏振光的偏振器件。A0cosqA0sinqy（透光軸方向）xqI0三.馬呂斯定律(Malus’law)和如果一入射線偏振光自然光(Naturallight)驗(yàn)證馬呂思定律的實(shí)驗(yàn)裝置：起偏器(Polarizer)檢偏器(Analyser)光電接收器(Photoelectricreceiver)P1P2Ecos消光比：最小透射光強(qiáng)和最大透射光強(qiáng)之比。自然光(Naturallight)驗(yàn)證馬呂思定律實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)演示1.雙折射現(xiàn)象光束在某些晶體中傳播時(shí)，由于晶體對(duì)兩個(gè)相互垂直振動(dòng)矢量的光的折射率不同而產(chǎn)生兩束折射光，這種現(xiàn)象稱為雙折射(DoubleRefraction)。一、晶體(Crystal)的雙折射現(xiàn)象第二節(jié)光在晶體中的傳播1.雙折射現(xiàn)象光束在某些晶體中傳播時(shí)，由于晶體對(duì)兩個(gè)相互垂斐索Fizeau干涉儀課件2.尋常光（Ordinarylight,o光）和非尋常光（Extraordinarylight,e光）兩束折射光中，有一束光遵守折射定律，稱為尋常光（o光）；另外一束一般不遵守折射定律，稱為非尋常光（e光）。折射定律有兩個(gè)含義：A.折射角的關(guān)系，B.入射光線和折射光線與法線同在一個(gè)平面。說(shuō)明：1〕o光和e光與晶體密不可分2〕折射定律的含義2.尋常光（Ordinarylight,o光）和非尋常二、晶體特性方解石晶體結(jié)構(gòu) （Calcite--CaCO3）頓隅二、晶體特性方解石晶體結(jié)構(gòu)頓隅1、光軸(Opticalaxis)：在雙折射晶體中存在一個(gè)特殊的方向，當(dāng)光束在這個(gè)方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，此方向稱為晶體的光軸。在光軸方向上，o光和e光都遵守折射定律。而且：

no=ne1、光軸(Opticalaxis)：在光軸方向上，o光和2、主平面(Principalplane)和主截面(Principalsection)：主平面：光線和光軸所組成的平面。

o光主平面：o光和晶體光軸組成的面為o主平面。

e光主平面：e光和晶體光軸組成的面為e主平面。主截面(Principalsection)：光軸和晶體表面法線(Normalline)組成。光線在一般情況下入射晶體，o光和e光是不同面的。當(dāng)入射光線在主截面內(nèi)時(shí)，兩面重合。2、主平面(Principalplane)和主截面(Pri當(dāng)入射光在主截面內(nèi)時(shí)，o光e光主平面均為主截面。表面法線nn若方解石晶體各棱等長(zhǎng)當(dāng)入射光在主截面內(nèi)時(shí)，o光e光主平面均為主截面。表面法線nn1、o光和e光都是線偏振光；o光與e光的偏振態(tài)2、o光振動(dòng)方向與o光主平面垂直，因而總與光軸垂直；3、e光振動(dòng)方向在e光主平面內(nèi)，因而與光軸的夾角隨傳播方向而改變；4、當(dāng)光線在主截面入射時(shí)，主平面與主截面重合，則o光振動(dòng)方向垂直于主截面，e光振動(dòng)方向在主截面內(nèi)；1、o光和e光都是線偏振光；o光與e光的偏振態(tài)2、o光振動(dòng)方3．晶體的分類（Typesofcrystal）：

各向同性晶體（Isotropiccrystal）：不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。如：NaCl

雙折射晶體（Anisotropiccrystal）：?jiǎn)屋S晶體（Uniaxial）：只有一個(gè)光軸方向的晶體。如：方解石(Calcite)、石英(Quartz)。雙軸晶體（Biaxial）：有兩個(gè)光軸方向的晶體。如：云母(Mica)等。3．晶體的分類（Typesofcrystal）：各向4．單軸晶體中波的傳播：xyz(光軸)晶體中的波面4．單軸晶體中波的傳播：xyz(光軸)晶體中的波面5．正負(fù)晶體：VoVe時(shí)為正晶體(Positivecrystal)；VoVe時(shí)為負(fù)晶體(Negativecrystal)。正晶體：no

ne，e光波面（橢球面）在o光波面（球面）之內(nèi)。負(fù)晶體：no

ne，o光波面（球面）在e光波面（橢球面）之內(nèi)。e光光軸Opticalaxise光o光o光5．正負(fù)晶體：正晶體：none，e光波面（橢球面）在o三、用惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象圖1、光線垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象a)晶體表面垂直于光軸b)晶體表面平行于光軸圖2、光線在晶體主截面內(nèi)傾斜入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象a)光軸在入射面內(nèi)b)光軸垂直于入射面下一節(jié)三、用惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象圖1、光線垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)圖1光線垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象光軸opticalaxiseeAoAAoA入射光(Incidentray)E’O’EO圖1光線垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象光軸eeAoAAoA入圖1-a)光線垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象(晶體表面垂直于光軸)eeAoAAoAO’EOE’入射光(Incidentray)光軸opticalaxis圖1-a)光線垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象eeAoAAoAO’EO圖1-b-1)光線垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象(晶體表面平行于光軸)eeAoAAoAO’EOE’入射光(Incidentray)光軸opticalaxis圖1-b-1)光線垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象eeAoAAoAO’圖1-b-2）光線垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象(晶體表面平行于光軸)eeAoAAoAO’EO入射光(Incidentray)光軸opticalaxis圖1-b-2）光線垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象eeAoAAoAO’圖2-a）

光線在晶體主截面內(nèi)傾斜入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象（光軸在入射面內(nèi)）圖2-a）光線在晶體主截面內(nèi)傾斜入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象（光軸在圖2-b）光線在晶體主截面內(nèi)傾斜入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象（光軸垂直于入射面）圖2-b）光線在晶體主截面內(nèi)傾斜入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象（光軸垂直一、偏振器件(Polarizingdevice)1.尼科耳棱鏡（Nicolprism）材料：方解石(Calcite)(一)偏振起偏棱鏡第三節(jié)晶體偏振器件作用：產(chǎn)生偏振光或檢測(cè)偏振光。一、偏振器件(Polarizingdevice)1.尼68。71。90。77。尼科耳棱鏡（W.Nicol）光軸尼科耳棱鏡(Nicolprism)Canadabalsam制作原理孔徑缺點(diǎn)68。71。90。77。尼科耳棱鏡（W.Nicol）光軸尼科2.格蘭－湯姆遜（Glan-Thompson）棱鏡光垂直于棱鏡端面入射時(shí)AAqA＝光軸oeCanadabalsam制作原理2.格蘭－湯姆遜（Glan-Thompson）棱鏡光垂直于AAqA＝光軸孔徑角的限制當(dāng)入射光束不是平行光或平行光非正入射時(shí)i'oeioe孔徑缺點(diǎn)AAqA＝光軸孔徑角的限制當(dāng)入射光束不是平行光或平行光非正入3.格蘭－付科棱鏡（Glan-foucaultprism）qqAAa)光軸垂直于入射面eo0.56IIqqAAb)光軸平行于入射面eo0.86I3.格蘭－付科棱鏡（Glan-foucaultprisComments

Nicolprismisagoodpolarizer,butitisexpensiveandhasalimitedfieldofview(28o).TheGlan-Thompsonprismhasawiderangularaperture(40o),butiswastefulofcalciteandhenceevenmoreexpensive.TheGlan-Foucaultprismhasnocement(butanarrowfield)andthusislesslikelytobedamagedathighpowerdensities.CommentsNicolprism1.渥拉斯頓棱鏡（Wollastonprism）：利用兩個(gè)正交的光軸分解光。材料：冰洲石。（二）偏振分束棱鏡制作原理思考ff缺點(diǎn)1.渥拉斯頓棱鏡（Wollastonprism）：（二2.洛匈棱鏡（Rochonprism）材料：石英（正晶體）制作原理思考f2.洛匈棱鏡（Rochonprism）材料：石英（正晶體）二、波片（Waveplate,位相延遲器）它的作用是：o光和e光通過(guò)波片時(shí)的光程差(Opticalpathdifference)與位相差(Phasedifference)：d是波片厚度。使兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直的光產(chǎn)生位相(phase)延遲。制作：用單軸透明晶體做成的平行平板，光軸與表面平行。二、波片（Waveplate,位相延遲器）它的作用是快軸(Fastaxis)和慢軸(Slowaxis)：快軸：稱波片中傳播速度快的光矢量(Lightvector)方向?yàn)榭燧S。慢軸：稱波片中傳播速度慢的光矢量(Lightvector)方向?yàn)槁S。波片的快軸和慢軸波片的快、慢軸與晶體光軸的關(guān)系？快軸(Fastaxis)和慢軸(Slowaxis)：快軸則稱該波片是1/4波片，1/4波片的最小厚度：若當(dāng)n0>ne時(shí)，e光超前，波片的快軸為e矢量方向。1、/4波片(Quarter-waveplate)則稱該波片是1/4波片，1/4波片的最小厚度：若當(dāng)n0>ne性質(zhì)：1）線偏光入射時(shí)

若入射線偏光光矢量方向與快、慢軸方向一致時(shí)，出射仍為線偏光；若入射線偏光光矢量方向與快、慢軸都成45度時(shí)，出射光為圓偏光。若入射線偏光光矢量方向與快、慢軸都成其他角度時(shí)，出射光為橢圓偏光；性質(zhì)：1）線偏光入射時(shí)2）圓偏振光通過(guò)四分之一波片后，變?yōu)榫€偏振光。

3）橢圓偏振光入射時(shí)

若長(zhǎng)軸或短軸方向與波片的快、慢軸方向一致時(shí)，出射光為線偏光；若為其他方向時(shí)，出射光仍為橢圓偏光。

2）圓偏振光通過(guò)四分之一波片后，變?yōu)榫€偏振光。3）橢圓偏振光O光和e光產(chǎn)生的光程差稱該晶片為二分之一波片。2、/2波片(Half-waveplate)性質(zhì)：1）圓（橢圓）偏振光入射時(shí)，出射光仍為圓（橢圓）偏振光，只是旋向相反；2）線偏振光入射時(shí)，出射光仍為線偏振光。若入射的線偏振光與快（慢）軸夾角為，出射光的振動(dòng)方向向著快（慢）軸轉(zhuǎn)動(dòng)了2。O光和e光產(chǎn)生的光程差稱該晶片為二分之一波片。2、/2波片線偏振光通過(guò)半波片后光矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)線偏振光通過(guò)半波片后光矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)入射時(shí)Entrance快（慢）軸出射時(shí)(Exit)線偏振光通過(guò)半波片后光矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)線偏振光通過(guò)半波片后光矢量的3、全波片(Full-waveplate)稱該晶片為全波片。性質(zhì)：1）不改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)；2）只能增大光程差。3、全波片(Full-waveplate)稱該晶片為全波片幾點(diǎn)注意波片是對(duì)特定的波長(zhǎng)而言；自然光入射波片時(shí)，出射光仍然是自然光為改變偏振光的偏振態(tài)，入射光與波片快軸或慢軸成一定的夾角幾點(diǎn)注意波片是對(duì)特定的波長(zhǎng)而言；三、補(bǔ)償器(Compensator)巴比涅（Babinet）補(bǔ)償器d1d2入射光(incidentlight)微量移動(dòng)三、補(bǔ)償器(Compensator)巴比涅（Babinet）幾何光學(xué)下篇物理光學(xué)幾何光學(xué)：不涉及光的物理本性；幾何光學(xué)：依據(jù)基本實(shí)驗(yàn)定律＋幾何定理—>處理光的傳播問(wèn)題，說(shuō)明光通過(guò)介質(zhì)時(shí)的現(xiàn)象?；疚锢砹浚翰妗⒐饩€（點(diǎn)、線、面）幾何光學(xué)的困難；

幾何光學(xué)是物理光學(xué)在波長(zhǎng)趨于零時(shí)的一種近似；幾何光學(xué)下篇物理光學(xué)幾何光學(xué)：不涉及光的物理本性；物理光學(xué)物理光學(xué)：研究光的物理本性、傳播規(guī)律的學(xué)科?！舨▌?dòng)光學(xué)：把光這種物質(zhì)看成是電磁波。以波動(dòng)觀點(diǎn)討論光學(xué)問(wèn)題；采用波長(zhǎng)、相位等波動(dòng)概念描述；◆量子光學(xué)：把光這種物質(zhì)看成是能量子，即光子。以量子觀點(diǎn)討論光學(xué)問(wèn)題；◆光的波粒二象性：

波動(dòng)性——光的傳播、干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象；

粒子性——熱輻射、光電效應(yīng)；物理光學(xué)物理光學(xué)：研究光的物理本性、傳播規(guī)律的學(xué)科。Maxwell光是一種電磁波Hertz光波就是電磁波光的電磁理論第九章光的電磁理論基礎(chǔ)經(jīng)典光學(xué)現(xiàn)代光學(xué)重要理論基礎(chǔ)本章敘述光的電磁性質(zhì)；光在均勻媒質(zhì)中傳播的基本規(guī)律；光波的疊加和復(fù)雜波分析的基本處理。Maxwell光是一種電磁波Hertz光波就是圖1光在電磁波中的位置光的傳播是一種電磁現(xiàn)象，是電磁振動(dòng)在空間的傳播。光的電磁理論：以波動(dòng)觀點(diǎn)討論光學(xué)問(wèn)題；采用波長(zhǎng)、相位等波動(dòng)概念描述；圖1光在電磁波中的位置光的傳播是一種電磁現(xiàn)象，是電磁振動(dòng)在第九章光的電磁理論基礎(chǔ)光的本質(zhì)光的電磁理論的建立（19世紀(jì)中葉）麥克斯韋（Maxwell）赫茲（Hertz）光在電磁波中的位置第九章光的電磁理論基礎(chǔ)光的本質(zhì)

TheelectromagneticspectrumlongWavelength380nm violet-blue780nm deep-redGammaRaysX-RaysUltravioletVMicro-wavesRadio-wavesInfra-redshortTheelectromagneticspectruml

第一節(jié)

光的電磁性質(zhì)一、麥克斯韋方程組（Maxwell’sequation）1、靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)的基本規(guī)律電場(chǎng)強(qiáng)度（E）：電場(chǎng)中某點(diǎn)在數(shù)量和方向上等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力。單位N/c或V/m。電感強(qiáng)度（D）：輔助物理量,D＝E+P。單位c/m2。磁感強(qiáng)度（B）：?jiǎn)挝籘。速度為1m/s電量為1c的電荷受到的磁力為1N時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）：輔助物理量，H＝B/-M。單位A/m。第一節(jié)光的電磁性質(zhì)一、麥克斯韋方程組（Maxwell高斯定理：

安培定則：：磁場(chǎng)強(qiáng)度：電場(chǎng)強(qiáng)度B:磁感強(qiáng)度D:電感強(qiáng)度HE靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)的基本規(guī)律高斯定理：：磁場(chǎng)強(qiáng)度：電場(chǎng)強(qiáng)度B:磁感強(qiáng)度D:電感強(qiáng)度2、麥克斯韋方程組的積分形式后兩個(gè)公式反映了磁場(chǎng)和電場(chǎng)之間的相互作用。2、麥克斯韋方程組的積分形式后兩個(gè)公式反映了磁場(chǎng)和電場(chǎng)之間的3、麥克斯韋方程組的微分形式微分形式：（9－1）（9－2）（9－3）（9－4）揭示了電流、電場(chǎng)、磁場(chǎng)相互激勵(lì)的性質(zhì)3、麥克斯韋方程組的微分形式微分形式：（9－1）揭示了電流、二、物質(zhì)方程（描述物質(zhì)在場(chǎng)作用下特性的方程）二、物質(zhì)方程三、電磁場(chǎng)的波動(dòng)性（波動(dòng)方程）點(diǎn)積為零，叉積與時(shí)間偏導(dǎo)成正比(10-13)(10-14)三、電磁場(chǎng)的波動(dòng)性（波動(dòng)方程）點(diǎn)積為零，叉積與時(shí)間偏導(dǎo)成正比交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁波，光波就是電磁波。－－確立光的電磁理論。交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁波，光波就是電磁波。斐索Fizeau干涉儀課件四、平面電磁波及其性質(zhì)（一）波動(dòng)方程的平面波解1、方程求解：設(shè)光波沿z軸正向傳播四、平面電磁波及其性質(zhì)（一）波動(dòng)方程的平面波解1、方程求解：斐索Fizeau干涉儀課件這是行波的表示式，表示源點(diǎn)的振動(dòng)經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間推遲才傳播到場(chǎng)點(diǎn)。取正向傳播：2、解的意義：這是行波的表示式，表示源點(diǎn)的振動(dòng)經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間推遲才傳播到場(chǎng)（二）波動(dòng)方程的平面簡(jiǎn)諧波解相位是時(shí)間和空間坐標(biāo)的函數(shù)，表示平面波在不同時(shí)刻空間各點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)。（二）波動(dòng)方程的平面簡(jiǎn)諧波解相位是時(shí)間和空間坐標(biāo)的函數(shù)，表示波動(dòng)公式：（9－25）（9－26）上式是一個(gè)具有單一頻率、在時(shí)間和空間上無(wú)限延伸的波。波動(dòng)公式：（9－25）上式是一個(gè)具有單一頻率、在時(shí)間和空間上斐索Fizeau干涉儀課件沿空間任一方向k傳播的平面波復(fù)振幅：只關(guān)心光波在空間的分布。沿空間任一方向k傳播的平面波復(fù)振幅：只關(guān)心光波在空間的分布。（三）平面電磁波的性質(zhì)1、橫波特性：電矢量和磁矢量的方向均垂直波的傳播方向。2、E、B、k互成右手螺旋系。3、E和B同相（三）平面電磁波的性質(zhì)1、橫波特性：電矢量和磁矢量的方向均垂斐索Fizeau干涉儀課件五、球面波和柱面波1、球面波：任意時(shí)刻波振面為球面的光波

公式公式的意義五、球面波和柱面波1、球面波：任意時(shí)刻波振面為球面的光波2、柱面波（具有無(wú)限長(zhǎng)圓柱波面的波，一般由線光源產(chǎn)生）公式公式的意義2、柱面波本節(jié)內(nèi)容回顧1、麥克斯韋方程組2、物質(zhì)方程3、波動(dòng)方程4、電磁波的平面波解（平面波、簡(jiǎn)諧波解的形式和意義，物理量的關(guān)系，電磁波的性質(zhì)）5、球面波和柱面波（定義、方程表達(dá)式）本節(jié)內(nèi)容回顧1、麥克斯韋方程組MeasurementsoftheSpeedoflightMeasurementsoftheSpeedofl

第四節(jié)光波的疊加

2、波的疊加原理：幾個(gè)波在相遇點(diǎn)產(chǎn)生的合振動(dòng)是各個(gè)波單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)的矢量和。1、波的疊加現(xiàn)象一、波的疊加原理

第四節(jié)光波的疊加

2、波的疊加原理：1、波的疊加3、注意幾個(gè)概念：疊加結(jié)果為光波振幅的矢量和，而不是光強(qiáng)的和。光波傳播的獨(dú)立性：兩個(gè)光波相遇后又分開，每個(gè)光波仍然保持原有的特性（頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向、傳播方向等）。疊加的合矢量仍然滿足波動(dòng)方程的通解，公式（9-27）。一個(gè)實(shí)際的光場(chǎng)是許多個(gè)簡(jiǎn)諧波疊加的結(jié)果。3、注意幾個(gè)概念：二、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的單色光波的疊加（一）三角函數(shù)的疊加S1S2

P點(diǎn)的合振動(dòng)也是一個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)；振動(dòng)頻率和振動(dòng)方向與兩單色光波相同。二、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的單色光波的疊加（一）三角函數(shù)（二）復(fù)函數(shù)的疊加（二）復(fù)函數(shù)的疊加（三）對(duì)疊加結(jié)果的分析：（主要對(duì)象為合成的光強(qiáng)）（三）對(duì)疊加結(jié)果的分析：（主要對(duì)象為合成的光強(qiáng)）說(shuō)明1、因?yàn)?，光?qiáng)是位置的函數(shù)；2、只要光源的初位相不變就會(huì)在光波疊加區(qū)域里形成強(qiáng)弱穩(wěn)定的光強(qiáng)分布－－干涉現(xiàn)象。3、相干光波和相干光源。說(shuō)明1、因?yàn)?，光?qiáng)是位三、駐波

在波的傳播路徑上，對(duì)于介質(zhì)不同點(diǎn)有不同振幅兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同而傳播方向相反的單色光波的疊加將形成駐波。垂直入射的光波和它的反射光波之間將形成駐波。三、駐波兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同而傳播方向相反的單色光波的入射波反射波入射波反射波四、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向垂直的單色光波的疊加合振動(dòng)的大小和方向隨時(shí)間變化，合振動(dòng)矢量末端運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：2a12a2EyExy合成波是橢圓偏振光四、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向垂直的單色光波的疊加合振動(dòng)的大小和右旋光與左旋光1、右旋光：迎著光的傳播方向觀察，合矢量順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。2、左旋光：迎著光的傳播方向觀察，合矢量逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。右旋光與左旋光1、右旋光：迎著光的傳播方向觀察，合矢量順時(shí)針橢圓形狀和旋向的分析：()（圖9-34）EyEx3π/2<δ<2πEyExδ=0EyEx0<δ<π/2EyExδ=π/2EyExπ/2<δ<πEyExδ=πEyExπ<δ<3π/2EyExδ=3π/2橢圓形狀和旋向的分析：(本節(jié)內(nèi)容回顧1、波的疊加原理2、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的單色光波疊加3、駐波（頻率同、振動(dòng)方向同、傳播方向相反）4、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向垂直的單色光波疊加本節(jié)內(nèi)容回顧1、波的疊加原理第十章光的干涉

干涉現(xiàn)象是光波波動(dòng)性的重要特征1801年楊氏干涉實(shí)驗(yàn)—波動(dòng)理論—部分相干理論應(yīng)用：測(cè)量光譜線的細(xì)微結(jié)構(gòu)、測(cè)量長(zhǎng)度多種干涉裝置：楊氏雙縫干涉、邁克爾遜干涉儀等本章內(nèi)容：干涉現(xiàn)象、干涉理論和干涉裝置第十章光的干涉干涉現(xiàn)象是光波波動(dòng)性的重要特征第一節(jié)光波的干涉條件一、干涉現(xiàn)象1、什么是干涉現(xiàn)象（Interference）2、相干光波（Coherentwave）和相干光源（Coherentlightsource）能夠產(chǎn)生干涉的光波，叫相干光波；其光源稱為相干光源。第一節(jié)光波的干涉條件一、干涉現(xiàn)象1、什么是干涉現(xiàn)象（Int二、干涉條件一般情況下，二、干涉條件一般情況下，對(duì)于兩個(gè)平面簡(jiǎn)諧波對(duì)于兩個(gè)平面簡(jiǎn)諧波干涉條件（必要條件）：補(bǔ)充條件：疊加光波的光程差不超過(guò)波列的長(zhǎng)度干涉條件（必要條件）：補(bǔ)充條件：疊加光波的光程差不超過(guò)波列的第二節(jié)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)（Young’sdouble-slitexperiment）一、干涉圖樣的計(jì)算1、P點(diǎn)的干涉條紋強(qiáng)度光強(qiáng)I的強(qiáng)弱取決于光程差第二節(jié)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)1、P點(diǎn)的干涉條紋強(qiáng)度光強(qiáng)I的強(qiáng)弱取2、光程差D的計(jì)算光程差：OxyzP(x,y,D)dS1r2r1S2SyxDw2、光程差D的計(jì)算光程差：OxyzP(x,y,D)dS1r23、干涉條紋（Interferencefringes）及其意義x對(duì)于接收屏上相同的x值，光強(qiáng)I相等。條紋垂直于x軸。3、干涉條紋（Interferencefringes）用光程差表示：結(jié)論：1、干涉條紋代表著光程差的等值線。2、相鄰兩個(gè)干涉條紋之間其光程差變化量為一個(gè)波長(zhǎng)l，位相差變化2p。在同一條紋上的任意一點(diǎn)到兩個(gè)光源的光程差是恒定的。用光程差表示：結(jié)論：在同一條紋上的任意一點(diǎn)到兩個(gè)光源的光程差斐索Fizeau干涉儀課件InterferencefringesaxialZeroth-ordermaximumFirst-orderminimumFirst-ordermaximumInterferencefringesaxialZerot4、干涉條紋的間隔定義：兩條相干光線的夾角為相干光束的會(huì)聚角，用w表示。m+14、干涉條紋的間隔定義：兩條相干光線的夾角為相干光束的會(huì)聚角5、干涉條紋間隔的影響因素1）相干波源到接收屏之間的距離D2）兩相干波源之間的距離d3）波長(zhǎng)5、干涉條紋間隔的影響因素1）相干波源到接收屏之間的距離D干涉條紋間隔與波長(zhǎng)的關(guān)系x0白條紋白條紋白光條紋干涉條紋間隔與波長(zhǎng)的關(guān)系x0白條紋白條紋白光條紋二、兩個(gè)點(diǎn)源在空間形成的干涉場(chǎng)二、兩個(gè)點(diǎn)源在空間形成的干涉場(chǎng)在三維空間中，干涉結(jié)果：等光程差面局部位置條紋在三維空間中，干涉結(jié)果：等光程差面局部位置條紋本節(jié)內(nèi)容回顧6、干涉條紋間隔與波長(zhǎng)：多色光的干涉7、兩個(gè)點(diǎn)源在空間形成的干涉場(chǎng)：等光程差面2、P點(diǎn)的干涉條紋強(qiáng)度：3、光程差D的計(jì)算：4、干涉條紋的意義：光程差的等值線。5、干涉條紋的間隔：1、干涉現(xiàn)象和干涉條件本節(jié)內(nèi)容回顧6、干涉條紋間隔與波長(zhǎng)：多色光的干涉7、兩個(gè)點(diǎn)源干涉現(xiàn)象（Interference）在兩個(gè)（或多個(gè)）光波疊加的區(qū)域形成強(qiáng)弱穩(wěn)定的光強(qiáng)分布的現(xiàn)象，稱為光的干涉現(xiàn)象。ThetermInterferencereferstothephenomenonthatwaves,undercertainconditions,intensifyorweakeneachother.干涉現(xiàn)象（Interference）在兩個(gè)（或多個(gè)）光波疊加干涉現(xiàn)象實(shí)例（InterferenceExamples）干涉現(xiàn)象實(shí)例（InterferenceExamples）22第三節(jié)干涉條紋的可見(jiàn)度

Thevisibility(contrast)ofinterferencefringesK表征了干涉場(chǎng)中某處干涉條紋亮暗反差的程度?？梢?jiàn)度(Visibility,Contrast)定義：第三節(jié)干涉條紋的可見(jiàn)度K表征了干涉場(chǎng)中某處可見(jiàn)度(Vis式（10-19）光強(qiáng)與可見(jiàn)度的關(guān)系：式（10-19）光強(qiáng)與可見(jiàn)度的關(guān)系：一、振幅比對(duì)條紋可見(jiàn)度的影響一、振幅比對(duì)條紋可見(jiàn)度的影響二、光源寬度的影響和空間相干性相干性（Coherence）相干性與干涉（Coherence&interference）xI點(diǎn)光源產(chǎn)生的干涉條紋xI擴(kuò)展光源產(chǎn)生的干涉條紋二、光源寬度的影響和空間相干性相干性（Coherence）分光性質(zhì)：振幅分割工作原理：兩個(gè)干涉的點(diǎn)源：兩個(gè)反射面對(duì)S點(diǎn)的象S1和S2第四節(jié)平板的雙光束干涉SS1S2PM1M2n分光性質(zhì)：振幅分割第四節(jié)平板的雙光束干涉SS1S2PM1M1.條紋定域：能夠得到清晰干涉條紋的區(qū)域。一、干涉條紋的定域非定域條紋：在空間任何區(qū)域都能得到清晰的干涉條紋。定域條紋：只在空間某些確定的區(qū)域產(chǎn)生清晰的干涉條紋。點(diǎn)光源產(chǎn)生的非定域干涉2.平板干涉的優(yōu)點(diǎn)，用面光源1.條紋定域：能夠得到清晰干涉條紋的區(qū)域。一、干涉條紋的定域二、平行平板(Plane-ParallelPlates)干涉（等傾干涉Interferenceofequalinclination）1.光程差計(jì)算nn'21二、平行平板(Plane-ParallelPlates)nn'phasechangeNophasechange半波損失nn'phasechangeNophasechan2.平板干涉裝置注意：采用擴(kuò)展光源，條紋域在無(wú)窮遠(yuǎn)。條紋成象在透鏡的焦平面上。2.平板干涉裝置3、條紋分析(Fringesofequalinclination)l（光程差與條紋級(jí)數(shù)）＝中心lomnh=+D22（最大干涉級(jí)在中心。時(shí)最大，＝）光程差在q021

3、條紋分析(Fringesofequalinclin斐索Fizeau干涉儀課件中央條紋寬，邊緣條紋窄。（5）反射光條紋和透射光條紋互補(bǔ)P238圖10-14a中央條紋寬，邊緣條紋窄。（5）反射光條紋和透射光條紋互補(bǔ)圖10-17楔形平板的干涉θ2ACSPBθ1nn'n'2、光程差計(jì)算二、楔形平板干涉（等厚干涉Interferenceofequalthickness）圖10-17楔形平板的干涉θ2ACSPBθ1nn'n'垂直入射時(shí)，光程差是厚度h的函數(shù)，在同一厚度的位置形成同一級(jí)條紋。l'l垂直入射時(shí)，光程差是厚度h的函數(shù)，在同一厚度的位置形成同（1）對(duì)于折射率均勻的楔形平板，條紋平行于楔棱（1）對(duì)于折射率均勻的楔形平板，條紋平行于楔棱Dh(2)兩條紋間厚度的變化Dh(2)兩條紋間厚度的變化aa用劈形膜干涉方法可檢驗(yàn)工件表面的平整度。圖為工件表面不平整時(shí)的干涉條紋。應(yīng)用實(shí)例用劈形膜干涉方法可檢驗(yàn)工件表面的平整度。圖為工件表面不平整時(shí)第五節(jié)典型的雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用1、斐索(Fizeau)干涉儀：等厚干涉型的干涉儀L3GL2PQL1激光平面干涉儀1）激光平面干涉儀的組成和工作原理一、典型干涉系統(tǒng)第五節(jié)典型的雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用1、斐索(Fizeaa2）主要用途?測(cè)定平板表面的平面度和局部誤差?測(cè)量平行平板的平行度和小角度光楔的楔角?測(cè)量透鏡的曲率半徑a2）主要用途?測(cè)量平行平板的平行度和小角度光楔的楔角L3GL2QL1激光平面干涉儀a?測(cè)量平行平板的平行度和小角度光楔的楔角L3GL2QL1激DhR1R2PQ?測(cè)量透鏡的曲率半徑牛頓環(huán)DhR1R2PQ?測(cè)量透鏡的曲率半徑牛頓環(huán)球面干涉儀LLLLPQ球面干涉儀LLLLPQ小結(jié)：基本特點(diǎn)：（1）屬于等厚干涉（2）干涉光束，一個(gè)來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)反射面，一個(gè)來(lái)自被測(cè)面。重點(diǎn)了解：光程差與厚度的關(guān)系。條紋分析：小結(jié)：（2）干涉光束，一個(gè)來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)反射面，重點(diǎn)了解2、邁克爾遜干涉儀（TheMichelsoninterferometer）ExtendedsourceBeamsplitterReflectivecoatingMirrorCompensatingplate1）干涉儀結(jié)構(gòu)分光板和補(bǔ)償板平面反射鏡干涉原理2）干涉條紋的性質(zhì)等厚干涉等傾干涉2、邁克爾遜干涉儀ExtendedsourceBeamsDS特點(diǎn)：M1和M2垂直時(shí)是等傾干涉，否則為等厚干涉。了解：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，（2）M1或M2垂直于光線移動(dòng)時(shí)對(duì)條紋的影響DS特點(diǎn)：M1和M2垂直時(shí)是等傾干涉，否則為等厚干涉。了3、泰曼干涉儀（Twylainterferometer）特點(diǎn)：在邁克爾遜干涉儀的一個(gè)光路中加入了被測(cè)光學(xué)器件ContourlinesFringesofequalthickness3、泰曼干涉儀（Twylainterferometer）特第十二章光的偏振光的偏振（Polarizationoflight）現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)偏振現(xiàn)象的意義（說(shuō)明了光的橫波性）菲涅爾（Fresnel）和阿喇果（Arago）實(shí)驗(yàn)楊氏假設(shè)菲涅爾的理論偏振現(xiàn)象與晶體（Crystal）第十二章光的偏振光的偏振（Polarizationof第一節(jié)偏振光概述一、偏振光與自然光（PolarizedlightandNaturallight）1、自然光：具有一切可能的振動(dòng)方向的許多光波之和。特點(diǎn)：振動(dòng)方向的無(wú)規(guī)則性。表示：可用兩個(gè)振動(dòng)方向垂直的、強(qiáng)度相等的、

位相關(guān)系不確定的光矢量表示。自然光Naturallight第一節(jié)偏振光概述一、偏振光與自然光（Polarizedl2、偏振光（Polarizedlight）：

光矢量的方向和大小有規(guī)則變化的光

線偏振光（Linearlypolarizedlight）：光矢量方向不變，其大小隨位相變化。

圓偏振光（Circularlypolarizedlight）：光矢量大小不變，其方向繞傳播方向均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，且矢量末端軌跡為圓。

橢圓偏振光（Ellipticallypolarizedlight）：光矢量大小和方向都在有規(guī)律地變化，且矢量末端軌跡為橢圓。2、偏振光（Polarizedlight）：偏振光方程：偏振光方程：Z1）線偏振光(Linearlypolarizedlight)振動(dòng)平面：光矢量與傳播方向組成的平面稱為線偏振光的振動(dòng)平面。Z1）線偏振光右旋z2)圓偏振光(Circularlypolarizedlight)右旋z2)圓偏振光(Circularly3)橢圓偏振光(Ellipticallypolarizedlight)左旋右旋z3)橢圓偏振光左旋z自然光部分偏振光3、部分偏振光(Partiallypolarizedlight)自然光在傳播過(guò)程中，由于外界的作用造成振動(dòng)方向上強(qiáng)度不等，使某一方向上的振動(dòng)比其它方向上的振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。PartialpolarizedlightNaturallight自然光部分偏振光3、部分偏振光(Partiallypol表示：部分偏振光=完全偏振光+自然光完全偏振光Ip=Imax-Imin偏振度：表示：部分偏振光=完全偏振光+自然光完全偏振光二、偏振光的產(chǎn)生（Productionofpolarizedlight）

主要方法：反射和折射、二向色性、散射、雙折射1.Polarizationbyreflection2.Polarizationbytransmission3.Polarizationbydichroism4.Polarizationbyscattering5.Polarizationbydoublerefraction二、偏振光的產(chǎn)生（Productionofpolari1、由反射和折射產(chǎn)生偏振光1）菲涅爾公式：反射波、折射波與入射波振幅比值的關(guān)系2n1q1n2q1q’xzoE1pE1sE’1sE’1pE2sE2p入射面xoz分界面xoy1、由反射和折射產(chǎn)生偏振光1）菲涅爾公式：反射波由麥克斯韋方程組和電磁場(chǎng)邊界條件推出：由麥克斯韋方程組和電磁場(chǎng)邊界條件推出：公式討論：1、由式（1）知：當(dāng)光線從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)時(shí)，2、由式（3）知：當(dāng)時(shí)，3、由，式（2）（4）知：公式討論：1、由反射光為線偏振光。振動(dòng)方向垂直于入射面。透射光為部分線偏振光。2）布儒斯特定律(Brewster’sLaw

)自然光投射到兩種不同介質(zhì)的分界面上時(shí)，若入射角滿足關(guān)系式，則反射光中沒(méi)有振動(dòng)平行于入射面的分量?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁ?n1n1q2q1q,入射角為布儒斯特角，即反射光為線偏振光。振動(dòng)方向垂直于入射面。2）布儒3）實(shí)例（Examples）：用玻璃片堆獲得偏振光3）實(shí)例（Examples）：用玻璃片堆獲得偏振偏振分光鏡

ZnS(n2)冰晶石(n1)45。n3制作原理n3膜層厚度層數(shù)偏振分光鏡ZnS(n2)冰晶石(n1)45。2、由二向色性產(chǎn)生偏振光(PolarizationbyDichroism)二向色性(Dichroism)：各向異性的晶體對(duì)光的吸收本領(lǐng)隨波長(zhǎng)改變外，還隨光矢量相對(duì)晶體的方位而改變。人造偏振片(Polaroid)：H偏振片和K偏振片x(拉伸方向)y(透光軸方向)z2、由二向色性產(chǎn)生偏振光二向色性(Dichroism)：一束非偏振光入射到氣體上，那麼在與入射光束垂直的方向上被散射的光是線偏振光。散射光的振動(dòng)方向在光線傳播方向的垂直平面內(nèi)。3、由散射產(chǎn)生偏振光(Polarizationbyscattering)一束非偏振光入射到氣體上，那麼在與入射光束垂直的方向上被散射三.馬呂斯定律(Malus’law)和

消光比(Extinctionratio)如果一入射線偏振光的電矢量振動(dòng)方向和檢偏器的透光軸成q角，則通過(guò)檢偏器之后的光強(qiáng)I為：起偏器（Polarizer）：用來(lái)產(chǎn)生偏振光的偏振器件。檢偏器（Analyser）：用來(lái)檢驗(yàn)偏振光的偏振器件。A0cosqA0sinqy（透光軸方向）xqI0三.馬呂斯定律(Malus’law)和如果一入射線偏振光自然光(Naturallight)驗(yàn)證馬呂思定律的