光学-光的干涉(1)

大学物理学A
第五篇 光学
第15章 波动光学-干涉
§15.1 光是电磁波
主要内容：
1. 光是一种电磁波 2. 平面简谐电磁波的性质 3. 光源和发光机理
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15.1.1 光是某一波段电磁波
第15章 波动光学-干涉
电磁波谱
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第15章 波动光学-干涉
可见光：
·
P
E1
E2
1 2
E01
E02{cos[(1
2 )t
(1
2)
1r1
2r2
c
]
cos[(1
2
)t
(1
2
)
1r1
c
2r2
]}
P点合光强为
IP I1 I2 2 E1 E2
干涉项
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第15章 波动光学-干涉
非相干叠加
(1) E1 E2
在光强不太大时，光波也遵从波的独立传播及波的 叠加原理
空间一点的振动是各光振动的矢量和
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第15章 波动光学-干涉
两列光波的叠加
r1
E1
E01cos(1t
1r1
c
1 )
E2
E02cos(2t
2r2
c
2)
· S1 · r2
S2
EP E1 E2
EP2 E12 E22 2E1 E2
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第15章 波动光学-干涉
（5）电磁波的能流密度（坡印廷矢量） ：
S EH
平均能流密度(又称为电磁波的强度）：
1
1
S I 2 E0H0 2
E02
也称为光照度
事 是电实场证强明：度在E电磁波中能引起生理效应和感光作用的
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第15章 波动光学-干涉
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牛顿环(等厚条纹)
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第15章 波动光学-干涉
15.2.1光波的叠加
1、波的独立传播原理： 当几列波同时在媒质中相遇时 ，它们的传播特性 (波长、 频率 、波速等 )不会因其它波的存在而改变。
2、叠加原理： 相遇区内任一点的振动 ，为各列波单独存在时在该点 所引起的振动位移的矢量和 。
15.1.3 光源及其发光机理
1、光源：发光的物体。 光源的最基本发光单元是分子、原子。
不同的激发方式： 1)热辐射：热能转换为电磁能 例如：太阳，白炽灯. 2)电致发光:电能转换为光能 例如：闪电，霓虹灯，发光二极管等. 3)光致发光：光为激发源 例如：日光灯，鳞光物质. 4)化学发光：因化学反应而发光 例如：燃烧，鳞自燃，萤火虫.
1、定义：能够被人眼感受到的电磁波，称为可光。 2、频率范围：7.5×1014HZ～4.1×1014HZ
波长范围：390nm ～760nm
3、频率与颜色一一对应 4、可见光波谱：
波长：长
短
红外线
红 橙 黄 绿 青蓝紫
频率：低
高
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可见光七彩颜色的波长和频率范围
第15章 波动光学-干涉
光色 红 橙 黄 绿 青 兰 紫
波长/nm
760~622 622~597 597~577 577~492 492~470 470~455 455~400
频率/Hz
3.9 1014 ~ 4.81014 4.81014 ~ 5.0 1014 5.0 1014 ~ 5.4 1014 5.4 1014 ~ 6.11014 6.11014 ~ 6.4 1014 6.4 1014 ~ 6.6 1014 6.6 1014 ~ 7.51014
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普通光源发光的两个特点：
第15章 波动光学-干涉
间歇性：各原子发光是断断续续的，平均发 光时间t 约为10-8秒，所发出的是一段长为
L =ct 的光波列。
L ct
随机性：每次发光是随机的，所发出各波列的 振动方向和振动初相位都不相同。
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2.原子的发光模型
第15章 波动光学-干涉
处在激发态电子
处在基态电子
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原子模型
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普通光源：自发辐射
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同一原子先后发的光 互相独立
不同原子发的光 互相独立
互相独立：前后发光间隔，频率,位相,振动方向,传 播方向
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E0 H0
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第15章 波动光学-干涉
（3）电磁波的传播速度为：
u 1
1
0 r 0r
（4）真空中电磁波的传播速度：
c
1
2.998108 (m s1 )
8.8541012 4 107
介质折射率定义
n c u
r r
光学、电磁学两个不同领域中 的物理量通过上式联系起来
第15章 波动光学-干涉
第十五章 波动光学
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迈克耳孙干涉 仪是根据光的 干涉原理制成 的精密测量仪 器，它可以精 密地测量长度 及长度的微小 变化等.
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第15章 波动光学-干涉
本章内容
§15.1 光是电磁波 §15.2 光波的叠加 §15.3 分波前干涉 空间相干性 §15.4 光程与光程差 §15.5 分振幅干涉 §15.6 迈克耳孙干涉仪 时间相干性 §15.7 光的衍射 惠更斯－菲涅耳原理 §15.8 夫琅禾费衍射 §15.9 衍射光栅 光栅光谱
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本章内容
第15章 波动光学-干涉
§15.10 X射线在晶体上的衍射 §15.11 光的偏振 线偏振光和自然光 §15.12 偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律 §15.13 光在反射和折射时的偏振 布儒斯特定律 §15.14 光的双折射 §15.15 尼科耳棱镜 渥拉斯顿棱镜 波晶片 §15.16 偏振光的干涉 人工双折射 §15.17 旋光效应简介
中心波长/nm
660 610 570 540 480 460 430
人眼最为敏感的光是黄绿光，即555nm附近
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第15章 波动光学-干涉
1（ 直5.1，1）.2电平的磁E面方波电向H是为磁横电波波磁。的波电主的矢要传量性播质方E与向：磁。矢量 H相 互垂
（2）电矢量 E与磁矢量 的H 振动相位相同。
§15.2 光波的叠加
主要内容：
1. 光波的叠加 2. 光波的相干条件
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第15章 波动光学-干涉
丰富多彩的干涉现象
水膜在白光下
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白光下的肥皂膜
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Leabharlann Baidu 蝉翅在阳光下
第15章 波动光学-干涉
蜻蜓翅膀在阳光下
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第15章 波动光学-干涉
肥皂泡玩过吗?