高二物理競賽光波 相干光 光程差課件

1經(jīng)典光學(xué)史大事錄公元前5世紀(jì)，墨翟，小孔成像、色差與溫度關(guān)系；

公元前3世紀(jì)，Euclid，光的直線傳播和反射定律論述；

光的折射定律(1621,W.Snell,實(shí)驗(yàn)；1637,R.Descartes,理論)；

1658，P.Fermat，光傳播中的最短光程原理；

1660，F(xiàn).M.Grimaldi，發(fā)現(xiàn)光的衍射現(xiàn)象；

1666，I.Newton，棱鏡色散；1675，牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)；

1669，E.Bartholinus，方解石雙折射現(xiàn)象；

1690，C.Huygens，《光論》，提出光的波動(dòng)說；

1704，I.Newton，《光論》，多種光現(xiàn)象的論述（微粒說）；

1801，T.Young，光的干涉實(shí)驗(yàn)；1817,T.Young,提出光是橫波;

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,光的橫波理論；J.V.Fraunhofer,光柵；

1841,C.F.Gauss,幾何光學(xué)理論;1859,G.R.Kirchhoff,輻射定律；1845,M.Faraday，磁光效應(yīng)；1875，J.Kerr，電光效應(yīng)；

1849,A.H.Fizeau,測光速;1850,J.B.L.Foucault,水與空氣中光速;

1864,J.C.Maxwell,電磁理論、預(yù)測光是電磁波(1887,Hertz證實(shí)).2P21普通光源發(fā)光特點(diǎn)：原子發(fā)光是斷續(xù)的，每次發(fā)光形成一長度有限的波列，各原子各次發(fā)光相互獨(dú)立（電矢量振動(dòng)方向也雜亂無章），故各波列互不相干。（1）光源的發(fā)光機(jī)制原子能級(jí)及發(fā)光躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)躍遷自發(fā)輻射1光源(LightSource)［附］：激光激光器發(fā)出的光本身就是單色性很好的相干光。3人眼不能感知光矢量的振動(dòng)[偏振]方向，但對一定頻段的光的強(qiáng)度I

敏感（主要源于視桿細(xì)胞）。在波動(dòng)光學(xué)中，通常主要討論光的相對強(qiáng)度，因此對同一頻率的光也常直接把光強(qiáng)定義為:平面電磁波光矢量：在引起人眼視覺和底片感光上起主要作用的是光的電矢量，常稱為光矢量。（2）光是一種電磁波(ElectromagneticWave)4人眼對可見光(visiblelight)的響應(yīng)對光色的分辨源自視錐細(xì)胞（光很暗時(shí)，視覺來自視桿細(xì)胞，無色覺）.每個(gè)人可見的光頻范圍略有不同.5可見光頻率范圍:單色光——只含單一波長的光復(fù)色光——含多種波長的光準(zhǔn)單色光——光波中包含波長范圍很窄的的光可見光波長范圍:400450500550600650750nm紫

藍(lán)

青

綠

黃

橙

紅

[可見光]光譜：真空中的光速:因人而異（理想的單色光不存在）6白光通過三棱鏡時(shí)發(fā)生色散形成連續(xù)光譜有些物質(zhì)的光譜是分立的線光譜例：氦（He）的光譜7２、相干光的產(chǎn)生波陣面分割法(分波前法)*光源振幅分割法相干光條件：頻率相同、振動(dòng)方向平行、相位差恒定獲得相干光的二類典型方法：楊氏干涉薄膜干涉動(dòng)畫演示8獲得相干光的兩類典型方法：兩個(gè)獨(dú)立的［普通］光源產(chǎn)生的光不容易滿足相干條件。如果把同一光源發(fā)出的同一束光“分成兩部分”，則比較容易獲得相干光。有兩種分法.光遇到介質(zhì)界面時(shí)，一部分光被反射,另一部分則透射；如果把透射光再由一界面反射回來，與原來的反射光疊加到一起，這兩反射光將符合相干光條件。薄膜12n1n2n31.

分振幅法（振幅分割法）:2.

分波面法（波陣面分割法、分波前法）:如果把一束光的同一個(gè)波陣面上的兩個(gè)面元取出來作為[子]光源,則來自這兩個(gè)子光源的光也符合相干光條件。［薄膜干涉，劈尖、牛頓環(huán)、Michaelson干涉儀屬此類］［Young雙縫干涉、Lloyd鏡屬此類］93光程(OpticalLength)光在真空中的速度光在介質(zhì)中的速度真空中的波長介質(zhì)的折射率介質(zhì)中的波長10*P*11

波程差(WavePathDifference)

相位差(PhaseDifference)

*P*介質(zhì)中的波長12

物理意義：光程就是光在介質(zhì)中通過的幾何路程按相位差相等折合到真空中的路程.*P*

(1)光程:介質(zhì)折射率與光的幾何路程之積=13(2)光程差

(兩光程之差)光程差*P*相位差14干涉加強(qiáng)

干涉減弱15AB4薄透鏡的等光程性AB焦平面平行光經(jīng)過薄透鏡不引起附加的光程差16二光矢量相疊加：光強(qiáng)：非相干光：相干光：與時(shí)間無關(guān)（但有空間分布），可出現(xiàn)干涉條紋分布5光波的疊加（光的干涉現(xiàn)象的原理）17二相干光[經(jīng)不同介質(zhì)、路徑相遇]疊加后，總光強(qiáng)：6光的干涉的一般表達(dá)：其中當(dāng)二相干光來自同一光源時(shí)，如無界面反射問題，則為二相干光的光程差當(dāng)至少其中一個(gè)光路涉及界面反射問題，則必須考慮是否存在半波損失引起的額外相位、相位差。額外光程差：

半波損失：光由光速較大的介質(zhì)射向光速較小的介質(zhì)時(shí)，反射光位相突變，即光