光的干涉精品PPT课件

因此
n r
光波的频率仅由光源频率决定而与 传播介质无关，光在介质中的波长为 :
' n
4
光学
1.0 光的电磁理论
4．光波是横波（电磁波是横波）
E
E⊥H
v
v方向：是E×H 的方向
H
电场强度、磁场强度及光的传播方向三者符合右手螺旋 法则。
由维纳实验的理论分析可以证明，对人的眼睛或感光 仪器起作用的是电场强度。
光学 1.1 波动的独立性、叠加性和相干性
三、相干与不相干
1．两列波在相遇处的振动叠加
假定简谐振动，沿同一直线振动，同频率，不同位相。振动方程
写为
E1 A1 cos(t 1 )

E2 A2 cos(t 2 )
叠加：即为代数和（因为沿同一直线振动）
E E1 E2 A cos(t )
由于实际观察到的总是在较长时间内的平均强度，平均 强度的计算方法：
I A2
(τ是观察时间)
光学 1.1 波动的独立性、叠加性和相干性
3．相干叠加
若在任意时刻初位相差 2 1 恒定值 ，则上式末项
积分值为
1
0 cos( 2 1 )dt cos( 2 1 )
合成振动的平均强度为
I
A2 1
因此，我们所说的光波中的振动矢量通常指的是电场度 E .
5
光学
1.0 光的电磁理论
二、光波段、光强度
1．可见光波段： 390nm ～ 760nm
[真空中波长]
7.5×1014 Hz ～ 4.1×1014 Hz
光的颜色由光的频率决定
λ 760 622 597 577
红 橙黄
Δλ 38
25 20
敏感波长555nm
4．干涉图样：叠加区域内振动强 度的非均匀分布就是干涉图样（干涉 花样，干涉图）。
光学 1.1 波动的独立性、叠加性和相干性
二、干涉现象是波动的特性
1．波动的特征：是能量以振动的形式在物质中依 次转移，物质本身并不随波移动。
2．干涉现象是光波动性的证明：凡强弱按一分布的 干涉图样出现的现象，都可作为该现象具有波动本性的 最可靠、最有力的实验证据。
光学 第1章 光的干涉 (Interference of Light)
主要内容
• 1.0 光的电磁理论 • 1.1 波动的叠加性和相干性 • 1.2 由单色波叠加所形成的干涉图样 • 1.3 分波面双光束干涉 • 1.4 干涉条纹的可见度 *光波的时间相干性和空间相干性 • *1.5 菲涅耳公式 • 1.6 分振幅薄膜干涉（一）——等倾干涉 • 1.7 分振幅薄膜干涉（二）——等厚干涉 • 1.8 迈克耳孙干涉仪 • 1.9 -珀罗干涉仪 多光束干涉 • 1.10 光的干涉应用举例 牛顿环
光振动周期T~10-14秒，人眼响应时间~10-1秒，灵敏的 光检测器响应时间~10-9秒．
我们检测光波的存在和强弱，是通过光和物质的相互
作用．但是，任何检测器件都有一定的响应时间，都不能 检测电磁波能流密度的瞬时值，只能检测其在响应时间内 的平均值．
7
光学
1.0 光的电磁理论
③ 定义：光强度是平均能流密度，用 I 来表示。
光学
第1章 光的干涉
本章重点：
1．干涉的基本理论和处理方法 2．杨氏干涉 3．等倾干涉和等厚干涉 4．迈克尔逊干涉仪的原理 5．牛顿环及其应用
2
光学
1.0 光的电磁理论
一、光的本质
1．光的本质 是电磁波，在真空中的传播的速度与电 磁波的传播速度是一样的，即为 c
c 1
00
ε0：真空中的介电常数 μ0：真空中的磁导率
其中：
A2 A12 A22 2A1 A2 cos(2 1) tan A1 sin 1 A2 sin 2
A1 cos1 A2 cos2
光学 1.1 波动的独立性、叠加性和相干性
2．相遇处的振动叠加后的平均强度
因为振动的强度正比于振幅的平方，一般情况下两个 振动叠加时，合振动的强度不等于分振动强度之和。
根据前后的分析，可以得到两列或两列以上的波在空 间一点相遇能产生干涉(或相干叠加)的条件为：
（1）频率相同； （2）两振动的相位差保持不变； （3）振动方向相同。
写在最后
2．波的叠加性：两列波在相遇处的振动是按瞬时矢量 叠加的，即某一时刻的合位移是各分位移的矢量和。
光学 1.1 波动的独立性、叠加性和相干性
对光波的叠加就是光波中的电场矢量在空间某点的振动的合成:
3．干涉：如果两波频率相同，在观 察时间内波动不中断，而且在相遇处 振动方向几乎沿着同一直线，那么它 们叠加后产生的合振动可能在有些地 方加强，在有些地方减弱。这 一强度 按空间周期性变化的现象称为干涉。
492 450 435 390nm
绿
青蓝 紫
85
42 15 45 nm
2．人眼最敏感的色光波长：555nm附近
6
光学
1.0 光的电磁理论
3．光强度 ①通俗地讲，人眼感受或光检测仪观测到光的强度都是 平均能流密度。 ②能流密度，是指单位时间内通过与波的传播方向垂直 的单位面积的能量，也即通过单位面积的功率。
2．光在介质中的传播速度
c v
rr
εr：介质的相对介电常数 μr：介质的相对磁导率
3
光学
1.0 光的电磁理论
3．光在透明介质中的折射率：光在真空的传播速度c 和在 介质中的传播速度v 之比。 即
n rr
上式把光学和电磁学这两个不同的领域中的物 理量的联系起来了.
对于透明介质，在光频波段有： r 1
A2 2
2 A1 A2
cos(2
1 )
I1
I2
2
I1I2 cos(2 1 )
干涉相长
干涉相消
光学 1.1 波动的独立性、叠加性和相干性
如果相位差为其他值，合振动的强度介于Imax和Imin之间。 若A1＝A2，则
2
A2 1
1
cos(1
2
)
4
A2 1
cos2(2 1 )
2
I max 4 A12 4 I1
④任何波动传递的平均能流密度与振幅的平方成正比。
同一种介质中两光波强度相比较， I
E
2 0
,
由于许多场合下，我们只讨论光强的相对分布，因此令 光强等于振幅的平方，即
I E02 或
上式定义的光强称为相对光强．
I A2
光学 1.1 波动的独立性、叠加性和相干性
一、机械波的独立性和叠加性
1．波的独立性：从几个振源发出的波相遇于同一区域 时，各自保持自己的特性（频率、振幅和振动方向等）， 按照自己原来的传播方向继续传播前进，彼此不受影响。 此即所谓的独立性原理。