《大学物理》课程PPT教学课件：第三部分 波动光学 第一讲 光的干涉

波动光学概述 光学是研究光的传播以及它和物质相互作用规律的学科。 光学既是物理学的一门重要的基础学科,又是一门应用 性很强的学科。 光学通常分为以下三部分: 几何光学:以光的直线传播规律为基础,主要研究各 种成象光学仪器的理论。 波动光学:以光的波动性质为基础,研究光的干涉 衍射和偏振现象的规律 主要内容:第一章光的干涉 第二章光的衍射 第三章光的偏振 量子光学:以光的量子理论为基础,研究光与物质 相互作用的规律

波动光学：以光的波动性质为基础，研究光的干涉、 衍射和偏振现象的规律 几何光学：以光的直线传播规律为基础，主要研究各 种成象光学仪器的理论。 *量子光学：以光的量子理论为基础，研究光与物质 相互作用的规律。 •光学是研究光的传播以及它和物质相互作用规律的学科。 波动光学概述 •光学通常分为以下三部分： •光学既是物理学的一门重要的基础学科，又是一门应用 性很强的学科。 主要内容：第一章 光的干涉 第二章 光的衍射 第三章 光的偏振

第一章光的干涉 概述 干涉条件 光的 普通光源 衍射 干涉理论 相干光源 获得相干光 光 叠加理论 的光 条纹衬比度 波的 动干 杨氏双逢实验 分波面法 性涉 洛埃镜实验等 光的 干涉实验十迈克耳逊干涉 偏振 薄膜等厚干涉 分振幅法 薄膜等倾干涉 L=======m=====

第一章 光的干涉 光的波动性 光的 衍射 光的 偏振 光的干涉 干涉条件 叠加理论 条纹衬比度 干涉理论 相干光源 干涉实验 杨氏双逢实验 迈克耳逊干涉 分波面法 分振幅法 普 通 光 源 获得相干光 洛埃镜实验等 薄膜等厚干涉 薄膜等倾干涉 概述

第一章光的干涉( Interference of light §11光的相干叠加 光源 光的相干条件:同频率,同振向,位相差恒定 光源的最基本发光单元是分子、原子 能级跃迁辐射 波列 E 2 波列长L=c 1.普通光源:自发辐射 ;独立(不同 原子发的光) 独立(同一原子先后发的光)

第一章 光的干涉（Interference of light） §1.1 光的相干叠加 一. 光源 光源的最基本发光单元是分子、原子  = (E2 -E1 )/h E1 E2 能级跃迁辐射 波列 波列长L=  c 1. 普通光源：自发辐射 独立(不同 原子发的光) · · 独立(同一原子先后发的光) 光的相干条件：同频率，同振向，位相差恒定

2.激光光源:受激辐射 完全一样(频率,位相 V=(E2-Evh 振动方向传播方向) E 二.光的相干性 1.两列光波的叠加(只讨论电振动) E-光矢量,令E=E,01=0,=0 E= ELo coS(@t +u) E,=En coS(at+,) E=E+E=Eo cos(at+o) E=E2 +E2+2E, E20 COS AP aApn.E10 =2-卯

2. 激光光源：受激辐射  = (E2 -E1 )/h E1 E2    完全一样(频率,位相, 振动方向,传播方向) 二. 光的相干性 1. 两列光波的叠加(只讨论电振动) E −光矢量， 令 E1 = E2 , 1 =2 =  p · · · 1 2 r1 r2 cos( ) 1 = 10  +1 E E t cos( ) 2 = 20  + 2 E E t P: 1 2  E0 E10 E20 cos( ) E = E1 + E2 = E0 t +     = + + 2 10 20 cos 2 20 2 10 2 E0 E E E E  =  2 −1

IaE2∴I=l1+l2+2√1l2cos△g 非相干光源cos△p=0 Ⅰ=I1+I2一非相干叠 完全干光源c0s△=c0s△ ▲相长干涉(明)△q=±2k丌,(k=0,1,2 E0=E10+E20 I=Imax=I1+l2+2、1l2 △相消干涉(暗)△g=±(2k+1)z,(k E0=|E10-E20 0,12.) mIn +I2-2、12

  = 1 + 2 + 1 2 cos 2 I E I I I 2 I I • 非相干光源 cos = 0 I = I 1 + I 2 —非相干叠 • 完全加相干光源 cos = cos ▲相长干涉（明）  = 2k , max 1 2 2 1 2 I = I = I + I + I I (k = 0,1,2…) ▲相消干涉（暗）  = (2k +1) , min 1 2 2 1 2 I = I = I + I − I I (k = 0,1,2…) E0 = E10 + E20 E | E E | 0 = 10 − 20

2.条纹衬比度(对比度,反衬度) nax nn +l, max mIn ≠ 4 M △A 4π△ -4π-2兀 2兀4△p 衬比度差(V<1)衬比度好(V=1) 决定衬比度的因素: 振幅比光源的宽度光源的单色性 自习P147-150§1.3干涉条纹对比度空间相干性时间相干性

1 2 I  I 1 2 I = I I -4 -2 o 2 4  4I1 衬比度差 (V < 1) 衬比度好 (V = 1) 振幅比 决定衬比度的因素： 光源的宽度 光源的单色性 I Imax Imin -4 -2 o 2 4  max min max min I I I I V + − = 2. 条纹衬比度（对比度，反衬度） 自习P147-150 §1.3 干涉条纹对比度 空间相干性 时间相干性

3介质中的光程和光程差 △q=(q2+△q2)-(910+△q) 若卿o=20→△g=492N·2z 2兀 λ及△q 2兀 △Ps22n1,2x=1(n2妈人2兀(L2-L1) 2丌 定义光程:L=En光程差:=L2-L1→△q 2兀8 关于光程说明:①多介质(离散、连续)②透镜不产生附加δ 4普通光源获得相干光的途径 分波面法 分振幅法 S 薄膜

p S * 分波面法 分振幅法 · p 薄膜 S * 4.普通光源获得相干光的途径 3.介质中的光程和光程差               2 2 1 1 2 2 10 20 2 1 20 2 10 1 . r . r =   =  −  = −  = +  − +  若  （ ）（ ） . ( n r n r ) ( L L ) n r . n r . r n i i n i 2 2 1 1 2 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2  = − = − = − =  =               及 p · · · 1 2 r1 r2 定义光程： =  i i i L n r 光程差：  = L2 − L1     2   = •关于光程说明：①多介质（离散、连续）② 透镜不产生附加δ

§12分波阵面干涉 T 双缝干涉 x △ 单色光入射 D d>>A,D>>d(d 10-4m, D 波程嗟:δ=n2-n≈ d sine≈dg日=l.x D 相位差:△q=02 明纹δ=±k,x=±k元 D k=0,1,2 暗纹6=±(2k+1)3,x=±(2k+1)

§1.2 分波阵面干涉 一. 双缝干涉 p r1 ·   r2  x x0 x I x x D d o 单色光入射 d >>λ，D >> d (d 10 -4m, D  波程差： m) D x  = r − r  d sin  d tg = d  2 1 相位差：     = 2 明纹    d D = k , x = k 暗纹    d D ( k ) , x ( k ) 2 2 1 2 =  2 + 1 =  + k = 0,1,2…

条纹间距△x=λ 条纹特点: (1)一系列平行的明暗相间的条纹; (2)不太大时条纹等间距; (3)中间级次低; 某条纹级次=该条纹相应的(z21)/ 明纹:土k,k=1,23.(整数级) 暗纹:士(2k+1)2(半整数级) (4)Aa

条纹间距  d D x = (1) 一系列平行的明暗相间的条纹； (3) 中间级次低； 明纹: k ，k =1,2,3…(整数级) 暗纹: (2k+1)/2 (半整数级) (4) x   条纹特点： (2)  不太大时条纹等间距； 某条纹级次 = 该条纹相应的 (r2 -r1 )/

二.光强公式 I=1+l2+212cos△q, 若l1=互=b △ d sin e 则I=4I0cos2 (△q 2 光强曲线 2兀 2兀4π△q 2 101 2x k 0 2a/d -/d 0 2/d 22/d sin 8 简介:其他分波面干涉实验(P146§122) 本次作业1.51.61.7

二 . 光强公式 2 cos , I = I1 + I2 + I1 I2  若 I1 = I2 = I0 , 2 4 cos2 0  则 I = I 2 ) sin (     d  = 光强曲线 I -4 -2 0 2 4  -2 -1 0 1 2 k 4I0 x 0 x1 x2 x -2 x -1 -2 /d - /d 0  /d 2 /d sin 简介: 其他分波面干涉实验 (P146 §1.2.2) 本次作业 1.5 1.6 1.7