西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四篇 振动与波动 第15章 波的干涉、衍射和偏振（15-2）光的干涉

第四篇振动与波动 第15章波的干涉、衍射和偏振 本章共8讲

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§15.2光的干涉 光的相干性 1.若广义:电磁波 狭义:可见光,电磁浪中的狭窄浪段 Wavelength (m) Frequency (Hz) sible lish 700mm6506055t 450400m 7600A 3900A v:3.95×1014Hz~7.69×1014Iz 颜色:红 紫

§15.2 光的干涉 一、光的相干性  :  : 3.95 10 Hz ~ 7.69 10 Hz 1 4 1 4   颜色： 红 ~ 紫   7600A ~ 3900A 广义：电磁波 狭义： 可见光，电磁波中的狭窄波段 1. 光

光波:交变电磁场在空间传播 光矢量:E:引起视觉和感光作月 光振动:E():大小、方向随周期性变化 E=Eo coS(at+p) 光强: 相对光强:I=Eb

光矢量： E :引起视觉和感光作用  光振动： E(t):大小、方向随t周期性变化  cos( ) E = E0 t + 光强： 2 E0 I  相对光强： 2 E0 I = 光波： 交变电磁场在空间传播

2光波与机械波相干性比较 相同: 振动方向相同 (1)相干条件频率相同 相位差恒定 (2)光强分布:I=l1+2+2√12cos△p 干涉项 △q=卯2-91-222二 相长 (3)△q 2 k=0,±1,±2… (2k+1)z相消 若q1 k相长 k=0,±1,±2… 6 71-Y2 (2k 相消

2.光波与机械波相干性比较 相同： (2) 光强分布： I = I1 + I2 + 2 I1 I2 cos 干涉项      2 1 2 1 2 r − r  = − − (1) 相干条件 振动方向相同 频率相同 相位差恒定 若1 =2  = r1 − r2 = k 2 (2 1)  k + 相长 相消 相长 相消  = k = 0,  1,  2 2k (2k + 1) (3) k = 0,  1,  2

不同 机械波源与光浪源特征不同 容易满足相干条件 难以满足相千条件 一一般光源的发光机制:被激发到较高能级的原子跃迁 到低能级时,辐射出能量。 例:氢原子光谱巴耳末系(可见光) 个原子,一次跃迁,发出 个光浪浪列 E=E/n' 5432 频率一定 △E=hv △E AE=hy=hc E1=-13.6eV 振动方向一定 初相一定

不同： 机械波源与光波波源特征不同 容易满足相干条件 难以满足相干条件 一般光源的发光机制：被激发到较高能级的原子跃迁 到低能级时，辐射出能量。 例：氢原子光谱巴耳末系（可见光） 一个原子，一次跃迁，发出 一个光波波列 2 1 E = E n E1 = −13.6 eV 3 … 5 4 2   hc E = h = 频率一定 E = h h E  = 振动方向一定 初相一定

持续时间有限:△t~10s1断续、脉冲式 波列长度有限:△=cA非严格单色波 不同原子发光、或同一原子各次发光 频率 具有随机性 振动方向 难以满足相干条件 初相 设观察时间为一至少为仪器或人眼反励间 Ⅰ=I1+I2+2√2.1 cos△qdt=l,+I 均匀分布 乍相千叠加 两普通光源或同一光源的不同部分是不相干的

持续时间有限: 波列长度有限: s 8 ~ 10− t l = ct 断续、脉冲式 非严格单色波  不同原子发光、或同一原子各次发光 频率 振动方向 初相 具有随机性 难以满足相干条件 设观察时间为 —至少为仪器或人眼反应时 间  = + +   = +    0 1 2 1 2 1 2 cos 1 I I I 2 I I dt I I 均匀分布， 非相干叠加 两普通光源或同一光源的不同部分是不相干的 0

发展状况: (1)激光:产生机理不同,具有相干性 普通光源:自发辐射激光:受激辐射 频率 完 相位 全 偏振态相 E1—6 E1 传播方/ (2)快速光电接收器件—皮秒技术 接受器时间反应常数由·1s→>μs,ns,ps 可以观察到十分短暂的干涉,甚至两个独立光源 的千涉

发展状况： (1) 激光：产生机理不同，具有相干性 普通光源：自发辐射 完 全 相 同 激光：受激辐射 频率 相位 偏振态 传播方向 (2) 快速光电接收器件 ——皮秒技术 可以观察到十分短暂的干涉，甚至两个独立光源 的干涉。 接受器时间反应常数由01 s → μs, ns, ps

3从普通光源获得相干光 思路:将同一点光源、某一时刻发出的光分成两束, 再引导其相遇叠加 (1)分浪阵面法 (2)分振幅法(分振幅分能量) 将同一波面上两不同部 将透明薄膜两个面的反射 分作为相干光源 (透射)光作为相干光源 S1 ny b h P

3.从普通光源获得相干光 思路：将同一点光源、某一时刻发出的光分成两束， 再引导其相遇叠加 (1) 分波阵面法 将同一波面上两不同部 分作为相干光源 (2)分振幅法（分振幅~分能量） 将透明薄膜两个面的反射 （透射）光作为相干光源 p p e s  n1 n2 n1 b d h f ① ② ③ ⑤ ④ i a c 

在分别讨论两种方法以前,先建立一个重要概念 ▲4光程、光程差 相千光在相遇点P叠加的合振动强度取决于两分振动的 相位差 u △q=q2-q1-2 相干光 q2=1 时 源 △=2xh一五 u 1 相干光 O1 92r-22-d +) 源 如何简化?

在分别讨论两种方法以前，先建立一个重要概念 4.光程、光程差 u  u  1 r 2 r O1 O2 P u  u  1 r 2 r O1 O2 P n d 相 干 光 源 相 干 光 源 相干光在相遇点 P 叠加的合振动强度取决于两分振动的 相位差 2 2 ( ) 1 2        + −  = − r r d d 如何简化？      2 1 2 1 2 r − r  = − − 当2 =1时    1 2 2 r − r  =

思路:设法将光在介质中传播的距离折合成光在真空中 的距离,统一使用空计算。 折合原则:在引起光波相位改变上等效。 真空 介质u 介质中x距离内波数: 真空中同样浪数占据的距离 2 △q=471△g=4x ? 介质折射率 结论:光在折射率为n的介质中前进x距离引起的相位改 变与在真空中前进n距离引起的相位改变相同

思路：设法将光在介质中传播的距离折合成光在真空中 的距离， 统一使用λ真 空计算。 折合原则：在引起光波相位改变上等效。 结论：光在折射率为 n 的介质中前进 x 距离引起的相位改 变与在真空中前进 nx 距离引起的相位改变相同. 介质中 x 距离内波数： 真空中同样波数占据的距离 x n u c x u c x x =  =    =      介质折射率  x 真空 介质 u  2 2  = 4  = 4 ？ x c 