大学物理教程讲义波动光学.PPT
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10
6.1 光的相干性
图6.2 分波面法
图6.3 分振幅法
11
6.1 光的相干性
6.1.4 光程 光程差
1.光程
当两束相干光波在同一种 介质中传播时，在相遇点干涉 加强或减弱取决于两相干光波 在该处的相位差Δφ.如图6.4 所示，如果波长为λ的两束相 干单色光，分别在不同的介质 中传播后再在P点相遇。
5
6.1 光的相干性
3.光矢量
可见光是能激起人视觉的电磁波。对于光波来说，传播 E和H表示）。实验表明，在这两个
矢量中，能引起视觉效应和照相底片感光作用的是光波中的 电场，所以光学中常把电场强度E代表光振动，并把E 称为光矢量。光振动指的是电场强度随时间周期性的变化。
6
6.1 光的相干性
6.1.2 光源
.
1
第6章 波动光学
6.1 光的相干性
6.2 分波面法干涉
6.3
分振幅法干涉
6.4
单缝衍射
6.5 光栅衍射 6.6 圆孔衍射 6.7 光的偏振
2
6.1 光的相干性
6.1.1 光波
1.光波
光波是电磁波的一部分，仅占电磁波谱很小的一部分，它 与无线电波、X射线等其他电磁波的区别只是频率不同，能够引 起人眼视觉的那部分电磁波称为可见光。
7
6.1 光的相干性
图6.1 光波波列
8
6.1 光的相干性
6.1.3 光的干涉
源自文库
1.不相干叠加
由于普通光源的原子或分子发光的间歇性和随机性， 在观察时间内，振动时断时续以致它们的初相位各自独立 地做不规则的改变，概率均等地在观察时间内多次历经从 0到2π间的一切可能值。
9
6.1 光的相干性
2.相干叠加
18
6.1 光的相干性
19
6.2 分波面法干涉
6.2.1 杨氏双缝干涉
1801年，英国医生兼物理 学家托马斯·杨首先成功地设 计了利用单一光源形成两束相 干光，并获得光的干涉现象的 典型实验，从而使光的波动理 论得到证实。实验装置如图6.7 所示，在传统的杨氏双缝实验 中，用单色平行光照射一窄缝
镜后会聚于焦点上并形成亮点，如图6.6（a）所示。说明平行
A、B、C、D、E各点）经过透镜不改变
它们之间的相位差。也就是说，由于平行光的同一波阵面上各
点有相同的相位，经透镜会聚于焦点后仍有相同的相位，AaF的
光程与CcF的光程相等.对于斜入射的平行光，经透镜会聚于焦
平面上的F′点，AaF′与BbF′
S，窄缝相当于一个线光源。
20
图6.7 双缝干涉示意图
6.2 分波面法干涉
1.光程差的计算
如图6.8所示，设双缝S1与S2之间的距离为d，双缝到 屏的距离为D，在屏上以屏中心为原点，垂直于条纹方向建 立x轴，用以表示干涉点的位置.设屏上坐标为x处的干涉点 P到两缝的距离分别为r1和r2，从S1和S2发出的两列相干光 到达P点的光程差应为δ= n（r2－r1）.
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大学物理教程
光源发出的频率为1022～1026Hz的电磁波泛称为光。光包 括红外光、可见光和紫外光三部分。在可见光范围内，不同频 率的光将引起不同的颜色感觉，表6.1是各光色与频率（或真空 中波长）的对照，光在波长从小到大过程中呈现出由紫到红等 各种颜色。
3
6.1 光的相干性
4
6.1 光的相干性
2.光的速度与折射率
δ=n(r2-r1)
(6-4)
相干光在各处干涉加强或减弱取决于两束光的光程差，
而不是几何路程之差。
14
6.1 光的相干性
3.光程差满足的明暗纹干涉条件
15
6.1 光的相干性
4.透镜的等光程性
我们在观察干涉、衍射现象时，常借助于薄透镜.从透镜成
像的实验中知道，波阵面与透镜的主光轴垂直的平行光，经透
大量原子受外来激励会处于激发状态.处于激发状态的 原子是不稳定的，它要自发地向低能级状态跃迁，并同时向 外辐射电磁波。当这种电磁波的波长在可见光范围内时，即 为可见光。原子的每一次跃迁时间很短。由于一次发光的持 续时间极短，所以每个原子每一次发光只能发出频率一定、 振动方向一定且长度有限的一个波列。如图6.1（a）所示。 图6.1（b）所示
6.6（b）
所示。即薄透镜不引起附加的光程差，也称透镜的等光程性。
16
6.1 光的相干性
图6.6 透镜的等光程性
17
6.1 光的相干性
5.光的半波损失
在研究驻波时我们知道，若波从波疏介质入射到波密介 质表面反射时，反射波将发生相位突变或半波损失。光的反 射也同样可能有半波损失现象发生。两种介质相比较，我们 把折射率大的介质称为光疏介质，折射率小的介质称为光疏 介质。光从光疏介质入射到光密介质分界面而反射时，反射 光也会产生半波损失。
图6.4 两相干光波在不同介质中的传播
12
6.1 光的相干性
如图6.5所示，当一束光在几种介质中传播时，AB间的光程为
图6.5 光程的计算
13
6.1 光的相干性
2.光程差
如图6.4所示，如果波长为λ的两束相干单色光，分别在 不同的介质中传播后再在P点相遇.设两束光各自所经历的几 何路程为r1和r2，每束光的光程分别为n1r1和n2r2，我们定义
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6.2 分波面法干涉
图6.8 双缝干涉条纹计算
22
6.2 分波面法干涉
2.干涉明纹中心位置
23
6.2 分波面法干涉
3.干涉暗纹中心位置
24
6.2 分波面法干涉
4.双缝干涉条纹的分布特征
由式(6-6)和式(6-7)可 得到干涉条纹的分布特 征。屏上的光强分布曲 线如图6.9所示。
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6.1 光的相干性
图6.2 分波面法
图6.3 分振幅法
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6.1 光的相干性
6.1.4 光程 光程差
1.光程
当两束相干光波在同一种 介质中传播时，在相遇点干涉 加强或减弱取决于两相干光波 在该处的相位差Δφ.如图6.4 所示，如果波长为λ的两束相 干单色光，分别在不同的介质 中传播后再在P点相遇。
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6.1 光的相干性
3.光矢量
可见光是能激起人视觉的电磁波。对于光波来说，传播 E和H表示）。实验表明，在这两个
矢量中，能引起视觉效应和照相底片感光作用的是光波中的 电场，所以光学中常把电场强度E代表光振动，并把E 称为光矢量。光振动指的是电场强度随时间周期性的变化。
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6.1 光的相干性
6.1.2 光源
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第6章 波动光学
6.1 光的相干性
6.2 分波面法干涉
6.3
分振幅法干涉
6.4
单缝衍射
6.5 光栅衍射 6.6 圆孔衍射 6.7 光的偏振
2
6.1 光的相干性
6.1.1 光波
1.光波
光波是电磁波的一部分，仅占电磁波谱很小的一部分，它 与无线电波、X射线等其他电磁波的区别只是频率不同，能够引 起人眼视觉的那部分电磁波称为可见光。
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6.1 光的相干性
图6.1 光波波列
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6.1 光的相干性
6.1.3 光的干涉
源自文库
1.不相干叠加
由于普通光源的原子或分子发光的间歇性和随机性， 在观察时间内，振动时断时续以致它们的初相位各自独立 地做不规则的改变，概率均等地在观察时间内多次历经从 0到2π间的一切可能值。
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6.1 光的相干性
2.相干叠加
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6.1 光的相干性
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6.2 分波面法干涉
6.2.1 杨氏双缝干涉
1801年，英国医生兼物理 学家托马斯·杨首先成功地设 计了利用单一光源形成两束相 干光，并获得光的干涉现象的 典型实验，从而使光的波动理 论得到证实。实验装置如图6.7 所示，在传统的杨氏双缝实验 中，用单色平行光照射一窄缝
镜后会聚于焦点上并形成亮点，如图6.6（a）所示。说明平行
A、B、C、D、E各点）经过透镜不改变
它们之间的相位差。也就是说，由于平行光的同一波阵面上各
点有相同的相位，经透镜会聚于焦点后仍有相同的相位，AaF的
光程与CcF的光程相等.对于斜入射的平行光，经透镜会聚于焦
平面上的F′点，AaF′与BbF′
S，窄缝相当于一个线光源。
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图6.7 双缝干涉示意图
6.2 分波面法干涉
1.光程差的计算
如图6.8所示，设双缝S1与S2之间的距离为d，双缝到 屏的距离为D，在屏上以屏中心为原点，垂直于条纹方向建 立x轴，用以表示干涉点的位置.设屏上坐标为x处的干涉点 P到两缝的距离分别为r1和r2，从S1和S2发出的两列相干光 到达P点的光程差应为δ= n（r2－r1）.
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大学物理教程
光源发出的频率为1022～1026Hz的电磁波泛称为光。光包 括红外光、可见光和紫外光三部分。在可见光范围内，不同频 率的光将引起不同的颜色感觉，表6.1是各光色与频率（或真空 中波长）的对照，光在波长从小到大过程中呈现出由紫到红等 各种颜色。
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6.1 光的相干性
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6.1 光的相干性
2.光的速度与折射率
δ=n(r2-r1)
(6-4)
相干光在各处干涉加强或减弱取决于两束光的光程差，
而不是几何路程之差。
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6.1 光的相干性
3.光程差满足的明暗纹干涉条件
15
6.1 光的相干性
4.透镜的等光程性
我们在观察干涉、衍射现象时，常借助于薄透镜.从透镜成
像的实验中知道，波阵面与透镜的主光轴垂直的平行光，经透
大量原子受外来激励会处于激发状态.处于激发状态的 原子是不稳定的，它要自发地向低能级状态跃迁，并同时向 外辐射电磁波。当这种电磁波的波长在可见光范围内时，即 为可见光。原子的每一次跃迁时间很短。由于一次发光的持 续时间极短，所以每个原子每一次发光只能发出频率一定、 振动方向一定且长度有限的一个波列。如图6.1（a）所示。 图6.1（b）所示
6.6（b）
所示。即薄透镜不引起附加的光程差，也称透镜的等光程性。
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6.1 光的相干性
图6.6 透镜的等光程性
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6.1 光的相干性
5.光的半波损失
在研究驻波时我们知道，若波从波疏介质入射到波密介 质表面反射时，反射波将发生相位突变或半波损失。光的反 射也同样可能有半波损失现象发生。两种介质相比较，我们 把折射率大的介质称为光疏介质，折射率小的介质称为光疏 介质。光从光疏介质入射到光密介质分界面而反射时，反射 光也会产生半波损失。
图6.4 两相干光波在不同介质中的传播
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6.1 光的相干性
如图6.5所示，当一束光在几种介质中传播时，AB间的光程为
图6.5 光程的计算
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6.1 光的相干性
2.光程差
如图6.4所示，如果波长为λ的两束相干单色光，分别在 不同的介质中传播后再在P点相遇.设两束光各自所经历的几 何路程为r1和r2，每束光的光程分别为n1r1和n2r2，我们定义
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6.2 分波面法干涉
图6.8 双缝干涉条纹计算
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6.2 分波面法干涉
2.干涉明纹中心位置
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6.2 分波面法干涉
3.干涉暗纹中心位置
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6.2 分波面法干涉
4.双缝干涉条纹的分布特征
由式(6-6)和式(6-7)可 得到干涉条纹的分布特 征。屏上的光强分布曲 线如图6.9所示。