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光学

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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