华中科技大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）波动光学——第三章 光的干涉（Interference of light）

波动光学 光的干涉、衍射、偏振

光的干涉 、衍射 、偏振 1

光学是研究光的传播以及它和物质相互作用 问题的学科。 光学通常分为以下三个部分: ▲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 Δ波动光学:研究光的电磁性质和传播规律特别 是干涉、衍射、偏振的理论和应用。 △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

2 光学是研究光的传播以及它和物质相互作用 问题的学科。 光学通常分为以下三个部分： ▲ 几何光学：以光的直线传播规律为基础， ▲ 波动光学：研究光的电磁性质和传播规律， ▲ 量子光学：以光的量子理论为基础， 研究各种成象光学仪器的理论。 是干涉、衍射、偏振的理论和应用。 物质相互作用的规律。 主要 研究光与 特别

波动光学目录 第三章光的干涉 第四章光的衍射 第五章光的偏振

3 第三章 光的干涉 第四章 光的衍射 第五章 光的偏振 波动光学目录

第三章光的干涉 (Interference of light) §31光源的相干性 §32双缝干涉及其他分波面干涉实验 §33时间相干性 §34空间相干性 [ §3.5光程 §36薄膜干涉(一)一等厚条纹■ §3.7薄膜干涉(二)一等倾条纹■ §38迈克耳逊干涉仪

4 第三章 光的干涉 §3.1 光源的相干性 （Interference of light） §3.2 双缝干涉及其他分波面干涉实验 §3.3 时间相干性 §3.4 空间相干性 §3.5 光程 §3.6 薄膜干涉（一） — 等厚条纹 §3.7 薄膜干涉（二） — 等倾条纹 §3.8 迈克耳逊干涉仪

§31光源的相干性 光源( light source) 光源的最基本发光单元是分子、原子。 能级跃迁辐射 2 波列 入→ (E2-Elh 波列长L=zc E

5 §3.1 光源的相干性 一. 光源（light source） 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) 激光光源:受激辐射 E 完全一样(传播方向,频率 v=(E2-Ei/h v 相位,振动方向)

6 2. 激光光源：受激辐射  = (E2 -E1 ) / h E1    完全一样 • • E2 1. 普通光源：自发辐射 · · 独立（同一原子先后发的光） 独立（不同原子发的光） （传播方向，频率， 相位，振动方向）

二.光的相干性 1.两列光波的叠加(只讨论电振动) E-光天量,令E1=E2,01=02=P E1=E10c0s(t+q1) Er=E2o cos(at+2) 2 E=E1+E2= Eo cos(ot+o) Y E 20 E=E+E20+E10E20c0S△g △φ=q2-q1 191210 I∝E,又I1∝E1I2E20 光强|=1+12+2√/、12轿 coS△ 干涉

7 二. 光的相干性 1. 两列光波的叠加 E −光矢量，  · P · · 1 2 r1 r2 cos( ) 1 = 1 0  +1 E E t cos( ) 2 = 2 0  +2 E E t P： cos( ) E = E1 + E2 = E0  t +     = + + 2 1 0 2 0 cos 2 2 0 2 1 0 2 E0 E E E E  =2 −1 , 2 2 2 0 2 1 1 0 2 I  E0 又 I  E ，I  E 1 2  E0 E10 E20 令 E1 = E2 ，1 =2 = 光强 I = I1 + I2 + 2 I1 I2 cos 干涉项 （只讨论电振动）

非相干光源:c0s△g=0 I=I1+I2一非相干叠 完全相干光源:c0s△g=c0s△p ▲相长干涉(明)△q=±2k,(k=012.) I=lm=1+l2+2√1l2 ▲相消干涉(暗)△g=±(2k+1)x,(k = 0,1,2.) mn 1+l2-2 112

8 非相干光源： cos = 0 I = I 1 + I 2 —非相干叠 加 完全相干光源： 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…)

2条纹衬比度(对比度,反衬度)( contrast) max min 十 max m 11≠ l,= 2 max mIn 4兀-2702兀47△-4m-202m4△p 衬比度差(V<1) 衬比度好(V=1) ▲决定衬比度的因素: 振幅比,光源的单色性,光源的宽度 干涉条纹可反映光的全部信息(强度,相位)

9 1 2 I  I 1 2 I I = I -4 -2 0 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： 光源的单色性，光源的宽度 I Imax Imin -4 -2 0 2 4  干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）。 2. 条纹衬比度（对比度，反衬度）(contrast) max min max min I I I I V + − =

3普通光源获得相干光的途径 分波面法 在P点 相干叠加 分振幅法: Y薄膜

10 3.普通光源获得相干光的途径 P 分波面法：S * 分振幅法： ·P 薄膜 S * 在 P 点 相干叠加