大学物理第15章波动光学

即：
I = I1 + I2 —非相干叠加 (普通光源)
相干光源：
coscos(常 数 )
由 光 强 II1I2 2I1 I2c o s
干涉项
▲ 相长干涉（明）
2kπ， （k = 0,1,2…）
IIma Ix1I22I1I2
▲ 相消干涉（暗）
(2k1)π， (k = 0,1,2…)
IIm inI1I22I1I2
独立（不同原子发的光） •
独立（同一原子先后发的光）
普通光源的发光机理：光是由光源中大量原子（或分子）从高能级状态跃迁到低能状态，对外辐射出来 的。
辐射的特点： （1）各个原子的发光是完全独立的, 互不相关它们何时发光完全是不确定的；发光频率，光的振动方向，光 波的初位相以及光波的传播方向等都可能不同。
若
时，叠加后的光强为：
I1 I2
I2I1 [1co s(2 1)]
即：
I
4I1
cos 2
2
来自百度文库
2kπ， （k = 0,1,2…）
(2k1)π， (k = 0,1,2…)
Imax 4I1 最亮 I min 0 最暗
I 4I1
-4
-2
0
2
4
干涉图样
“当两列(或几列)满足一定条件的光波在某区域同时传播时,空间某些点的光振动始终加强；某些 点的光振动始终减弱，在空间形成一幅稳定的光强分布图样”，称为光的干涉现象。
二、 光源
光源的最基本发光单元是分子、原子。
能发光的物体称为光源
➢光源分类：普通光源、激光光源 ➢普通光源由发光特点分为： ➢热光源：太阳、白炽灯等； ➢非热光源：气体放电、荧光灯等。
普通光源：自发辐射
能级跃迁辐射 E2
= (E2-E1)/h E1
发光时间t 10-8s
波列 波列长 L = c
又 I1 E 1 2 0， I2 E 2 2 0
光I 强 I1 I2 2I1 I2c os
非相干光源：在时间 内，两光波相位差
(取0~2π各值)不恒定，即：
1 cosdt 0
0
cos0
则： E 0 2E 1 2 0 E 2 2 0 2 E 1 0 E 2 0c o s
E120 E220
r1 · 1
·
r2
2
E 2E 2c 0 o ts (2)
E20
E0
EE1E2
EE0cos(t)
2
1 E10
E 0 2E 1 2 0E 2 2 02E 1E 0 2c 0 os
其中： 21
I E 0 2 = 1 0 E 2 0 d t = 1 0 [E 1 2 0 E 2 2 0 2 E 1 0 E 2 0 c o s ] d t
例如:氦氖激光器; 红宝石激光器; 半导体激光器等等。
光源发出的光是大量简谐波叠加的光波. 单色光:具有单一波长的光; 复色光:由许多不同波长的光复合起来的光.
三、 光波的相干性
E光矢量， 两列光波的叠加（仅讨论振动方向相同的情况）
令 E 1 /E /2 ， 1 2
P点处：
P
·
E 1E 1c 0 ots (1)
x(2k1) D
2d
(k =1,2,…)
r1
P ·x
r2
d D
x 0
k1,
x1
D称1级
2d
暗
纹
k2,
x2
3D称2级
2d
暗
纹
(2) 条纹间距
要产生干涉现象，在波的叠加区中任一定点都应满足相干条件。
光 的 干 涉 现 象 的 几 张 照 片
光干涉的条件： 光矢量应振动方向相同；
频率相同； 相位差恒定。
满足相干条件的光称为相干光
这生相干光的光源称为相干光源
普通光源获得相干光的途径:
P ➢分波面法：
S*
➢分振幅法：
（惠更斯原理） · P
E B 和 相互垂直，且与传播方向垂直。
相位地变化：
y
E
同频率，同
Eu H u
z
B
c
x
与物质作用的主要物理量是电矢量
通常称 为光矢量 E
按波长或频率的次序把这些电磁波排列成谱 ----称为电磁波谱
可见光的范围
4000埃~7600埃，只占
:40~076n0m很小的一段 :7.51104~4.31104Hz
(英国科学家)（第一个测出 波长的人）
干涉条纹定量分析： （1）条纹(中心)的位置
（在 较小的情况下） 波程差：
s
s
d
1
s2
p
r1
r2
x
o
D
r2r1dsin dt gdD x
Δ 20 10 2π(r2r1) 现已有 20 - 10=0
亮纹: （相长干涉）
2kπ (k0,1,2, ) 或波程 r2差 r1k
第三部分 光的偏振
15.10 偏振光 马吕斯定律 15.11 反射和折射时产生的偏振 布儒斯特定律
§15.1 光源 光的相干性
一、光是电磁波 电磁波的速度：
电容率
u 1
真空中的速度：
( 0r )
( 0r )
磁导率
u
1 0 0
1 8.854 1012 4
107
3108
m s
c
电磁波可以看成是平面波（横波）
S*
历史上几种获得相干光的方法：
薄膜
在 P 点处 相干叠加
§15.2 分波阵面干涉 一、杨氏双缝干涉
p
s1
s d o
r1
r2
x
o
s2
D
d >> ，D >> d （d 10 -4m， D m） 现象：一系列平行的明暗相间的条纹； 不太大时条纹等间距.
Thomas Young (1773-1829)
（2）普通光源 每个原子发光是间隙式的，每次发光时间短且光波是一段有限长、振动方向和频率一定的 正弦波列。
普通光源 的不同原子发的光不可能 产生干涉现象
（2）激光光源
= (E2-E1) / h
------受激辐射跃迁。
•
E2
•
E1
完全一样的光子
（频率, 相位,振动方向,传播方向都相同）
可以实现光放大;单色性好;相干性好。
d x k
D
所以
x k D
d
(k =0，1，2…)
xkD
d
亮纹中心的位置和级次：
k 0, x0 0称0 级中央亮纹
k
1,
x1
D
d
称1级亮纹
k
2,
x2
2D
d
称
2级亮纹
可以看出: x 越大,波程差越大, 干涉条纹的级次也越大
暗纹：（相消干涉）
dx(2k1)(k1,2,3, )
D
2
暗纹中心的位置和级次：
第十五章 波 动 光 学
第一部分 光的干涉
15.1 光源 光的相干性 15.2 分波阵面干涉 15.3 光程和光程差光 15.4 分振幅干涉 15.5 迈克耳逊干涉仪
第二部分 光的衍射
15.6 光的衍射现象 惠更斯— 菲涅耳原理 15.7 单缝夫琅禾费衍射
15.8 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 15.9 衍射光栅和光栅光谱