光學(xué)課件 第一章光的干涉

光學(xué)課件第一章光的干涉第1頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.幾何光學(xué)的基本原理2.光的干涉3.光的衍射6.光學(xué)儀器的基本原理8.光的量子性1.緒論4.光的偏振7.光的吸收、散射和色散第2頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月緒論1.光學(xué)：是普通物理學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是研究光的本性、光的傳播和光與物質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)學(xué)科。2.光學(xué)研究?jī)?nèi)容：光的發(fā)射、傳播和接收等規(guī)律光和物質(zhì)的相互作用（如：光的吸收、散射和色散、光電效應(yīng)等）光的本性第3頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4

基礎(chǔ)光學(xué)內(nèi)容的大致分類(lèi)1幾何光學(xué)（光的直線(xiàn)傳播原理、反射、折射、儀器）

2波動(dòng)光學(xué)（干涉、衍射、偏振）

3量子光學(xué)（黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)）

4現(xiàn)代光學(xué)（激光、非線(xiàn)性光學(xué)、全息、傅里葉光學(xué)）第4頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史光學(xué)的發(fā)展大致可分為五個(gè)時(shí)期

1、萌芽時(shí)期：公元前500年——1550年前后2、幾何光學(xué)時(shí)期：1550年前后——1660年前后3、波動(dòng)光學(xué)時(shí)期：1650年前后——1888年前后4、量子光學(xué)時(shí)期：1887年——1925年前后5、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期：1935年——5

第5頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6第6頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

墨子對(duì)光學(xué)很有研究，對(duì)于光的直線(xiàn)傳播、光的反射和若干物影成像，進(jìn)行了精彩的描述。

有一次，墨子進(jìn)行光學(xué)實(shí)驗(yàn)，他在堂屋朝陽(yáng)的地方，讓一個(gè)人對(duì)著小孔站在屋外，在陽(yáng)光的照射下，屋內(nèi)相對(duì)的墻上出現(xiàn)倒立人像。墨子通過(guò)小孔成像的光學(xué)實(shí)驗(yàn)，闡述了光的直線(xiàn)傳播原理，成為后代攝影技術(shù)的先聲。

萌芽時(shí)期：二、光學(xué)發(fā)展歷史回顧7第7頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

古希臘，數(shù)學(xué)家歐幾里德（公元前330年——前275年）：《光學(xué)》“平面鏡成像——反射定律”，“光是類(lèi)似觸須的投射”。

克萊門(mén)德(Cleomedes)，托勒密(C.Ptolemy,90—168年）：“折射現(xiàn)象——入射角與折射角的測(cè)定”。

埃及，阿爾哈曾(Alhazen,965—1038）：“光線(xiàn)來(lái)自所觀察的物體，光以球面形式從光源發(fā)出，反射面與入射面共面且垂直于界面”，“球面鏡和拋物面”，“人眼構(gòu)造”，“凸透鏡的發(fā)明和實(shí)驗(yàn)”。萌芽時(shí)期：公元前500年——1550年前后光學(xué)

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第8頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9

中國(guó)宋代，沈括（1031—1095年）：《夢(mèng)溪筆談》有“豐富的幾何光學(xué)知識(shí)，凹面鏡和凸面鏡的成像規(guī)律，測(cè)定凹面鏡的焦點(diǎn)的原理，虹的成因······”。

英國(guó)，培根（R.Bacon,1214—1294年）：提出用透鏡校正視力，采用透鏡組構(gòu)成望遠(yuǎn)鏡的可能性，透鏡焦點(diǎn)的位置。

阿瑪?shù)?Armati)：發(fā)明眼鏡。

波特（G.B.D.Porta，（1535—1615年）：暗箱成像（相機(jī)雛形），1589年《自然魔法》復(fù)合面鏡以及凸透鏡和凸透鏡的組合。萌芽時(shí)期：公元前500年——1550年前后光學(xué)

第9頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月10

光學(xué)萌芽時(shí)期的特點(diǎn)：

從觀察到的簡(jiǎn)單的光學(xué)現(xiàn)象中概括出簡(jiǎn)單幾何光學(xué)的規(guī)律，一些簡(jiǎn)單的光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)和設(shè)想以及應(yīng)用。萌芽時(shí)期：公元前500年——1550年前后光學(xué)

第10頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11

“萌芽時(shí)期”也是“幾何光學(xué)”發(fā)展的一部分。而這里的幾何光學(xué)時(shí)期是指“反射定律”和“折射定律”的建立，還有“光路可逆原理”和“費(fèi)馬原理”等。

荷蘭，李普塞（H.Lippershey，1587—1619年）：1608年發(fā)明了第一架望遠(yuǎn)鏡。

延森（Z.Janssen，1588—1632年）和馮特納（P.Fontana,1580—1656年）：制造出復(fù)合顯微鏡。幾何光學(xué)時(shí)期：1550年前后——1660年前后

光學(xué)

第11頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12

伽利略（Galilei，1564—1642年）：1610年用自己制作的望遠(yuǎn)鏡觀察星體，發(fā)現(xiàn)木星有衛(wèi)星。

開(kāi)普勒（J.Kepler，1571—1630年）：1611年發(fā)表《折光學(xué)》一著作。提出距離的平方反比的照度定律，設(shè)計(jì)出開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡，小角度的入射角與折射角的正比關(guān)系。

斯涅爾（W.Snell，1591—1626年）：1621年指出，入射角的余割和折射角的余割之比是一常數(shù)。

笛卡爾（R.Descartes，1596—1650年）：約于1630年給出光的折射定律（《折光學(xué)》1637年出版），給出了正弦函數(shù)表述的折射定律。幾何光學(xué)時(shí)期：1550年前后——1660年前后

光學(xué)

第12頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月13

費(fèi)馬（P.deFermat，1601—1665年）：1657年指出光在介質(zhì)中傳播時(shí)所走的光程取極值（穩(wěn)定值）的原理。

幾何光學(xué)時(shí)期的特點(diǎn)：有明確的光的傳播的理論闡述，在理論和經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)下有較為復(fù)雜的光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)和設(shè)想以及應(yīng)用。基于幾何光學(xué)原理的光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)和制造及應(yīng)用（相機(jī)鏡頭）至今未停止過(guò)。幾何光學(xué)時(shí)期：1550年前后——1660年前后

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第13頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月費(fèi)馬原理示意圖第14頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月15

意大利人格里馬第（F.M.Grimaldil，1618—1663年）在17世紀(jì)初首先觀察到衍射現(xiàn)象：點(diǎn)光源照明時(shí)，直竿的影子要比假設(shè)光沿直線(xiàn)傳播時(shí)所應(yīng)有的影子要稍大一些—“光繞到直線(xiàn)影子后面去了”。

胡克（R.Hooke，1635—1703年）：于1672—1675年也觀察到幾何陰影區(qū)內(nèi)有光的存在——光的衍射現(xiàn)象。還研究了薄膜所產(chǎn)生的彩色干涉條紋——牛頓環(huán)。（波意爾（R.Boyle，1627——1691年）也研究了此現(xiàn)象。

牛頓（I.Newton，1642—1727年）：1666年發(fā)現(xiàn)白光通過(guò)三棱鏡后分解成各種顏色，每一種顏色可用折射率來(lái)標(biāo)志。波動(dòng)光學(xué)時(shí)期：1650年前后——1888年前后光學(xué)

第15頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月英國(guó)牛頓,1704年，《光學(xué)》一書(shū)出版。隨著天文學(xué)、力學(xué)和光學(xué)的出現(xiàn)，物理學(xué)在十八世紀(jì)開(kāi)始成為科學(xué).牛頓則持光的微粒說(shuō)，他認(rèn)為波動(dòng)說(shuō)的最大障礙是不能解釋光的直線(xiàn)進(jìn)行。他提出發(fā)光物體發(fā)射出以直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的微粒子、微粒子流沖擊視網(wǎng)膜就引起視覺(jué)。它也能解釋光的折射與反射，甚至經(jīng)過(guò)修改也能解釋F.M.格里馬爾迪發(fā)現(xiàn)的“衍射”現(xiàn)象。16第16頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月惠更斯在1690年出版的《光論》一書(shū)中正式提出了光的波動(dòng)說(shuō)，建立了著名的惠更斯原理。在此原理基礎(chǔ)上，他推倒出了光的反射和折射定律，圓滿(mǎn)的解釋了光速在光密介質(zhì)中減小的原因，同時(shí)還解釋了光進(jìn)入冰洲石所產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象，認(rèn)為這是由于冰洲石分子微粒為橢圓形所致。胡克是光的波動(dòng)說(shuō)支持者。1665年，胡克提出了光的波動(dòng)說(shuō)，他認(rèn)為光的傳播與水波的傳播相似。1672年胡克進(jìn)一步提出光波是橫波的概念。

波動(dòng)光學(xué)楊氏（T.Young1773-1829)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)為波動(dòng)光學(xué)的復(fù)興作出了開(kāi)創(chuàng)性的工作。用干涉原理解釋牛頓環(huán)的成因和薄膜的彩色，并第一個(gè)近似地測(cè)定了七種顏色的光的波長(zhǎng)，從而完全確認(rèn)了光的周期性，為光的波動(dòng)理論找到了又一個(gè)強(qiáng)有力的證據(jù)。菲涅耳(1788～1827)

菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理為基礎(chǔ)，用新的定量形式建立了以他們的姓氏命名的惠更斯－菲涅耳原理。解釋了衍射現(xiàn)象，完成了光的波動(dòng)說(shuō)的全部理論17第17頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月法拉第(1817-1867)

法拉第1845年發(fā)現(xiàn)了光的振動(dòng)面在強(qiáng)磁聲中的旋轉(zhuǎn)，從而揭示了光學(xué)現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系。

麥克斯韋是繼法拉第之后，集電磁學(xué)大成的偉大科學(xué)家，建立了第一個(gè)完整的電磁理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的一次大綜合。麥克斯韋(1831-1879)對(duì)于光波的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)—電磁波：赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，赫茲先求出振蕩器的頻率，又以檢波器量得駐波的波長(zhǎng)，二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預(yù)測(cè)的一樣，電磁波傳播的速度等于光速。1889年在一次著名的演說(shuō)中，赫茲明確的指出，光是一種電磁現(xiàn)象。光電效應(yīng)赫茲(1857-1894)

第18頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月19

波動(dòng)光學(xué)發(fā)展的特點(diǎn)：經(jīng)歷的時(shí)間比較長(zhǎng)，過(guò)程較艱難曲折，仍然是理論與實(shí)踐實(shí)驗(yàn)相結(jié)合相互驗(yàn)證和解釋中發(fā)展。只有在1867年麥克斯韋電磁理論建立和電磁波預(yù)言之后，波動(dòng)理論才完善和普遍被人們接受。波動(dòng)光學(xué)時(shí)期：1650年前后——1888年前后光學(xué)

第19頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第20頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月17世紀(jì)明確形成了兩大對(duì)立學(xué)說(shuō)牛頓惠更斯微粒說(shuō)波動(dòng)說(shuō)由于波動(dòng)說(shuō)沒(méi)有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得微粒說(shuō)一直占上風(fēng)19世紀(jì)初證明了波動(dòng)說(shuō)的正確性這里的光子完全不同于牛頓所說(shuō)的“微粒”19世紀(jì)末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛(ài)因斯坦在20世紀(jì)初提出了光子說(shuō)：光具有粒子性光的本性（量子力學(xué)史話(huà)——上帝擲骰子嗎？）第21頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光的微粒說(shuō)：光是沿直線(xiàn)高速傳播的粒子流。

牛頓支持微粒說(shuō)。人們都認(rèn)為牛頓是微粒說(shuō)的代表。牛頓于1675年曾提出：“光是一群難以想象的細(xì)微而迅速運(yùn)動(dòng)的大小不同的粒子”，這些粒子被發(fā)光體“一個(gè)接一個(gè)地發(fā)射出來(lái)”。

易解釋?zhuān)汗獾闹边M(jìn)性、影的形成、光的反射和折射等現(xiàn)象。

難解釋?zhuān)海?）一束光入射到兩種介質(zhì)界面時(shí)，既有反射，又有折射。何種情況發(fā)生反射，何種情況下又發(fā)生折射呢?微粒說(shuō)在解釋這一點(diǎn)時(shí)遇到了很大的困難。（2）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見(jiàn)的現(xiàn)象，微粒說(shuō)則完全無(wú)能為力了。第22頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光的波動(dòng)說(shuō)：某種振動(dòng)，以波的形式向四周?chē)鷤鞑?。代表人物：是荷蘭的物理學(xué)家惠更斯。易解釋?zhuān)海?）光的反射、折射、光的反射和折射可以同時(shí)發(fā)生。（2）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見(jiàn)的現(xiàn)象。難解釋?zhuān)汗獾闹边M(jìn)性和影的形成。第23頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月量子光學(xué)薛定諤

ErwinSchr?dinger

1887-1961海森伯

WernerKarlHeisenberg

1901-1976

尼爾斯·玻爾

NielsBohr

1885-1962普朗克

MaxKarlErnstLudwigPlanck

1858-1947愛(ài)因斯坦(1879-1955)24第24頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月25

德布羅意（L.V.deBroglie，1892—1987年）：1924年提出物質(zhì)波的學(xué)說(shuō)。為1927年戴維孫（C.J.Davisson，1881—1958年）和革末（L.H.Germer，1896—1971年）所做的電子束衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。博士論文

玻恩（M.Born，1882—1970年）：1925年提出的波粒二象性的概率解釋建立了波動(dòng)性和微粒性之間的聯(lián)系——光和一切粒子都具有波粒地象性。量子光學(xué)時(shí)期：1887年——1925年前后光學(xué)

第25頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2認(rèn)識(shí)3認(rèn)識(shí)

光既有波動(dòng)性也有粒子性，即具有波粒二象性。普朗克常數(shù)非常小，一個(gè)光子的能量也非常小。一般情況下我們遇到極大數(shù)量的光子，明顯表現(xiàn)波動(dòng)性。在光極其弱的情況下，以及光和物質(zhì)相互作用的某些特殊情況下，其量子特性才會(huì)明顯地表現(xiàn)出來(lái)。從量子觀點(diǎn)看，光場(chǎng)是由一個(gè)個(gè)光子組成。光子是光的最小單位，每個(gè)光子的能量和它的頻率之間的關(guān)系為式中是普朗克常數(shù)，其數(shù)值為光子也具有動(dòng)量，它的方向?yàn)楣庾拥倪\(yùn)動(dòng)方向（即光傳播方向）其值為式中c為真空中的光速，1983年第十七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)其值為c=

299792458m/s基于所采用的物理模型不同,光學(xué)可分為幾何光學(xué)和物理光學(xué)（波動(dòng)光學(xué)，量子光學(xué)）波動(dòng)光學(xué)是主體26第26頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期２０世紀(jì)中，光學(xué)本身發(fā)生了極為深刻的演變，光學(xué)領(lǐng)域中發(fā)生了三件大事：１９４８年出現(xiàn)了全息術(shù)。

１９５５年第一次提出用光學(xué)傳遞函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)成象質(zhì)量的概念。這些概念后來(lái)又發(fā)展成為信息光學(xué)。１９６０年誕生了新光源—激光器。

這三件大事成為經(jīng)典光學(xué)向現(xiàn)代光學(xué)過(guò)度的標(biāo)志。第27頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.光學(xué)分類(lèi)：光學(xué)幾何光學(xué)：利用幾何原理，研究光線(xiàn)方向的變化物理光學(xué)波動(dòng)光學(xué)：研究光的波動(dòng)性，包括對(duì)光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象的研究。量子光學(xué)：研究光的粒子性，包括對(duì)黑體幅射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)的研究。第28頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章光的干涉第29頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1 光的電磁理論一、光波是電磁波的一種（某一特定波段的電磁波）1、電磁波的性質(zhì)：（1）電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)都垂直于波的傳播方向，三者相互垂直，所以電磁波是橫波。ZXY第30頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）沿給定方向傳播的電磁波，E和H分別在各自平面內(nèi)振動(dòng)，這種特性稱(chēng)為偏振。（3）E和H都在作周期性的變化，而且位相相同，即同時(shí)同地達(dá)到最大，同時(shí)同地減到最小。（4）任一時(shí)刻，在空間任一點(diǎn)，E和H在量值上的關(guān)系為。ZXY第31頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由于εr和μr與電磁波的頻率有關(guān)，因此在介質(zhì)中不同頻率的電磁波有不同的傳播速度，這就是電磁波在介質(zhì)中的色散現(xiàn)象。(5)電磁波的傳播速度第32頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月比較（3）和（4）式，有2、光與電磁波的聯(lián)系：

…...(1)又知透明介質(zhì)中光的傳播速度u=c/n…...(4)公式將光波與電磁波聯(lián)系起來(lái)了！！介質(zhì)中電磁波的波速由（1）、（2）式可看出……(3)真空中的波速……(2)第33頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月玻印廷矢量:二電磁波的能量與光強(qiáng)（1）定義：波動(dòng)的傳播總是伴隨著能量的傳遞，該過(guò)程一般用平均能流密度表示。（2）能流密度：指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與波的傳播方向垂直的單位面積的能量或表示為單位面積的功率。電磁波中E⊥H，第34頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月因此能流密度的瞬時(shí)值為因?yàn)楣实?5頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

我們檢測(cè)光波的存在和強(qiáng)弱，是通過(guò)光和物質(zhì)的相互作用．但是，任何檢測(cè)器件都有一定的響應(yīng)時(shí)間，都不能檢測(cè)電磁波能流密度的瞬時(shí)值，只能檢測(cè)其在響應(yīng)時(shí)間內(nèi)的平均值．可見(jiàn)光振動(dòng)周期T~10-14秒，人眼響應(yīng)時(shí)間~10-1秒，靈敏的光檢測(cè)器響應(yīng)時(shí)間~10-9秒．第36頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月因此我們定義光的強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱(chēng)光強(qiáng)）為平均能流密度．代入上式得第37頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同介質(zhì)中兩光波相比較，由于許多場(chǎng)合下，我們只討論光強(qiáng)的相對(duì)分布，因此令光強(qiáng)等于振幅的平方，即上式定義的光強(qiáng)稱(chēng)為相對(duì)光強(qiáng)．同一種介質(zhì)中兩光波強(qiáng)度相比較，

結(jié)論：波的強(qiáng)度與振幅的平方成正比。第38頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、驗(yàn)證光是電磁波的實(shí)驗(yàn)：干涉、衍射—波偏振—橫波。測(cè)光速—第39頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電磁波譜:宇宙射線(xiàn)射線(xiàn)x射線(xiàn)微波短波中`波長(zhǎng)波對(duì)數(shù)坐標(biāo)對(duì)數(shù)坐標(biāo)軟x射線(xiàn)真空紫外線(xiàn)紫外光可見(jiàn)光近紅外光中紅外光遠(yuǎn)紅外光線(xiàn)性坐標(biāo)系紫靛藍(lán)綠黃橙紅光波第40頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(400—700)nm的窄小范圍．各種波長(zhǎng)的電磁波中，能為人所感受的是這波段內(nèi)電磁波叫可見(jiàn)光，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，不同頻率的光波引起人眼不同的顏色感覺(jué)．對(duì)應(yīng)的頻率范圍是

=（7.64.0）1014HZ

．760630600570500450430400(nm)

紅橙黃綠青藍(lán)紫

第41頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月任何頻率的光在真空中的傳播速度都相同。

具有一定頻率的光叫單色光，不同頻率合成的光叫復(fù)色光。第42頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2光的干涉原理1.定義:滿(mǎn)足一定條件的兩束光發(fā)生重疊,在重疊區(qū)形成穩(wěn)定的明暗相間的或彩色的條紋,這種現(xiàn)象叫光的干涉.2.標(biāo)志:穩(wěn)定的干涉花樣的存在。第43頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月r1r2S1S2Sp第44頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2光的干涉原理1.2.1光波的干涉和相干條件第45頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)兩列波同時(shí)到達(dá)空間另一定點(diǎn)P時(shí)，P點(diǎn)的振動(dòng)表示為：振源的振動(dòng)表達(dá)式：(1.9)(1.10)第46頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月兩波在P點(diǎn)相遇后，在任意時(shí)刻的相位差為:（1.11）光程：折射率和路程的乘積，用表示光程差：決定的兩個(gè)因素:初始位相差和光程差。K：波數(shù)第47頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月合振幅光強(qiáng)干涉項(xiàng)即若而干涉項(xiàng)與位相差有關(guān)。合振幅振幅最大,稱(chēng)相干相長(zhǎng).第48頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光強(qiáng)若則若合振幅最小,稱(chēng)相干相消.若則第49頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若等于其它值在之間變化.第50頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月合振動(dòng)光強(qiáng)隨位相差改變按余弦規(guī)律變化,光強(qiáng)曲線(xiàn)如圖：02相干迭加與非相干迭加相干迭加:有干涉項(xiàng)效應(yīng)光強(qiáng)決定于按余弦規(guī)律變化.第51頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非相干迭加:無(wú)干涉項(xiàng)效應(yīng),合光強(qiáng)決定于,分光強(qiáng)直接相加:

非相干迭加的干涉相如何消失的呢?遠(yuǎn)大于振動(dòng)周期),我們實(shí)際觀察到的光強(qiáng)總是在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的平均強(qiáng)度(非瞬時(shí)值).在某一時(shí)間間隔內(nèi)(合振動(dòng)平均強(qiáng)度第52頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

若恒定,則有干涉項(xiàng)效應(yīng)若不恒定,則干涉項(xiàng)效應(yīng)消失第53頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相干條件

條件:(1)相遇點(diǎn)位相差恒定(不隨時(shí)間變化).或(a)兩波頻率相同.(b)初位相差恒定.(2)振動(dòng)方向一致或有平行分量第54頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3由單色波迭加形成的干涉花樣第55頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、位相差與光程差:nS1S2若兩相干光波在介質(zhì)中傳播p第56頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月S1S2

傳到P點(diǎn)的光振動(dòng)的相位差：若其中光程:光程=折射率幾何路程=nr第57頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二干涉花樣的形狀研究花樣的形狀,歸根到底是尋求亮暗點(diǎn)的集合(軌跡).1亮點(diǎn)條件:位相差為的偶數(shù)倍j稱(chēng)為干涉級(jí)真空或空氣中光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍或半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍第58頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2暗點(diǎn)條件位相差為的奇數(shù)倍即光程為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍強(qiáng)度相同的點(diǎn)的軌跡:常量滿(mǎn)足上述方程的點(diǎn)的軌跡是以為軸的雙葉旋轉(zhuǎn)雙曲面第59頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第60頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SS1S2X0L或由幾何關(guān)系，如圖作輔助線(xiàn),兩光波在P點(diǎn)的光程差：相位差：3、明（暗）條紋的距離第61頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（b）當(dāng)即時(shí)，光強(qiáng)取得極小值：所以明條紋中心滿(mǎn)足明條紋中心坐標(biāo)：因第62頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月暗條紋的中心坐標(biāo)：屏幕上相鄰兩個(gè)明條紋（或暗條紋）中心之間線(xiàn)距離，稱(chēng)為條紋間距.

對(duì)明條紋中心坐標(biāo)微分：

條紋間距：暗條紋中心滿(mǎn)足：第63頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月條紋間距公式：屏幕上的條紋間距與波長(zhǎng)成正比，與L成正比，與雙縫間距d成反比．、L、d變化時(shí)，零級(jí)條紋中心的位置不變．結(jié)論：（a）（c）=常數(shù)（b）各級(jí)亮條紋的光強(qiáng)相等，相鄰亮（暗）條紋都是等間隔的，與干涉級(jí)無(wú)關(guān)。第64頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月-1級(jí)暗紋2級(jí)暗紋1級(jí)暗紋-2級(jí)暗紋1級(jí)明紋0級(jí)明紋-1級(jí)明紋2級(jí)明紋-2級(jí)明紋d）對(duì)應(yīng)不同的j值，將有一對(duì)明或暗紋出現(xiàn)在中央明紋兩側(cè)。e）要清晰觀察到條紋，波長(zhǎng)一定，d必須小到與波長(zhǎng)相比擬，且使L〉〉df）干涉花樣的強(qiáng)度記錄了相位差的信息。第65頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4獲得相干光源的方法第66頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月普通光源與機(jī)械波源有本質(zhì)區(qū)別:機(jī)械波源:獨(dú)立振源的振動(dòng)在觀察時(shí)間內(nèi).持續(xù)進(jìn)行,不發(fā)生中斷現(xiàn)象,因而它們之間的位相關(guān)系能保持不變.獨(dú)立振源一般都是相干的,機(jī)械波干涉通常是比較容易實(shí)現(xiàn)的.普通光源(非激光光源):觀察不到相干現(xiàn)象.E2E1第67頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、普通光源發(fā)光的特點(diǎn)：在同一時(shí)間有大批原子發(fā)光；就單個(gè)原子而言，每個(gè)原子都是斷斷續(xù)續(xù)發(fā)光，每次發(fā)光時(shí)間極短（~10-8s）且一次只能發(fā)出一個(gè)有限長(zhǎng)具有偏振性的的波列。同一原子先后發(fā)出的光及同一瞬間不同原子發(fā)出的光的頻率、振動(dòng)方向、初相位、發(fā)光的時(shí)間均是隨機(jī)的。tt第68頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：一般而言熱光源及普通光源發(fā)出的光為非相干光。且同一光源上不同點(diǎn)發(fā)出的光也

是非相干光。若要產(chǎn)生干涉須將非相干光變?yōu)橄喔晒?。激光光源為相干光源。將非相干光變?yōu)橄喔晒獾脑瓌t是：“同出一源，分之為二”第69頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月r1r2S1S2S縱截面圖屏雙孔單縫二、相干光的獲得原則：‘同出一源，分之為二’楊氏干涉1分波陣面法2分振幅｛第70頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光強(qiáng)分布曲線(xiàn)-4-3-2-0234

第71頁(yè)，課件共84頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月上面討論的是一個(gè)原子發(fā)光的情況．實(shí)際上，光源中有許許多多的原子發(fā)光．不同原子所發(fā)的光波是不相干的．但是，若用單色點(diǎn)光源，對(duì)于每一個(gè)原子，，L,d都相同，因此產(chǎn)生的干涉條紋具有相同的寬度，相同級(jí)次在相同的位置．不同原子的干涉條紋不相干的重疊在一起．它們明紋和明紋相重，暗紋和暗紋相重，使得條紋更加清晰可見(jiàn)．若將小孔改為狹縫，除了明條紋更加明亮外，條紋會(huì)在縫寬方向上展寬．在、L、