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光学
光学
第一章光的干涉
内容:
§1.1波的独立性、叠加性和相干性
§1.2由单色波叠加形成的干涉花样
§1.1波动的独立性、叠加性和相干性
n电磁波在真空中的速度:
——真空中电解质的介电常量
——真空中磁介质的磁导率
代入数值,c=测得的光速
n麦克斯韦结论:光是某一波段的电磁波;
c是光在真空中的传播速度;
二、光的强度
n电磁波的电场强度E、磁场强度H都和传播方向垂
直,因而电磁波是横波。
事实证明:在电磁波中能引起感光作用的是电场强度E。
所以光波中的振动矢量指E矢量,电场强度E也称光矢量。
•可见光波长范围:E(电场分量)
390~760nm
(光的传播方向)
•可见光频率范围:
H(磁场分量)
n能流密度:单位时间内通过与波的传播方向垂直
的单位面积的能量,或通过单位面积的功率。
n光照度:(又称光强度)即光的平均能流密度。
n相对光照度(简称光强):
可以证明:
由于我们关心的是空间点的相对强度,所以在上式中取比例
系数为1,得:
其A是电场强度E的振幅。
三、机械波的独立性和叠加性
n波动的独立性:
从几个振源发出的波动相遇于同一区域,只要满足振动不
十分强烈,则它们将各自保持自己的原有特性(频率、振幅
和振动方向),按原前进方向继续传播,彼此不受影响。
n波动的叠加性:
波在相遇的区域内,介质质点的合位移为各波分别单独传播
时在该点引起的位移的矢量和。
杨氏干涉图样
等厚干涉花样等倾干涉花样
空气薄膜厚度不同形成的环状干涉花样
牛顿环
四、干涉现象是波动的特性
n物体发射光、吸收光的过程也是能量迁移的过程;
n能量迁移依靠波动或移动着的微粒;
波动:能量以振动的形式在物质中依次转移,物质本身并不随
波移动;
微粒:能量随着微粒一起移动;
n干涉现象说明光的波动本性
推广:出现强弱按一定分布的干涉图样,可作为波动
性最有力、最可靠的依据。
五、相干与不相干叠加
(一)、相干光源与非相干光源
若两光源所发出的两束光波叠加能产生干涉,则
这两个光源称为相干光源;否则,称为非相干光源。
(二)、相干叠加与非相干叠加
能产生干涉花样的叠加称为相干叠加;否则,称为非相干叠加。
设有两列频率相等、沿同一直线振动、相位不同的简谐波:
{
由叠加原理,设合振动为E,合振幅为A,合成后初相位为φ则:
{
讨论:
2
1、由于振动强度I∝A,所以合振动强度并不简单地等于
两分振动强度和;
2、观察和记录的并非某一时刻的强度瞬时值,而是在一定
时间间隔τ内的时间平均值:
(2)若振动时断时续,两初相位独立地变化,即:
故:此时,合振动的平均强度为两分振动强度之和
综上所述:
(1)只要两振动的位相差(φ-φ)在某点始终保持不变,则合振动
21
的平均强度可大于、小于分振动强度之和。因此,在较长的观察时间
内就可观察到整个空间稳定的干涉花样(强度的非均匀分布)。
通常称频率相同、振动在一条直线上、相位差恒定的两个振动是相干的。
(2)若(φ-φ)在观察时间内无规则变化,则合振动的平均强度
21
仅简单地等于两分振动强度之和而无干涉项,空间各点强度相同(
均匀),不出
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