波的獨(dú)立性、疊加性和相干性

1、本章主要內(nèi)容： 光是電磁波 光的波動(dòng)特征之一 干涉 第1章 光的干涉1.1波的獨(dú)立性、疊加性和相干性一、光是電磁波依據(jù)：在19世紀(jì)70年代，麥克斯韋首先根據(jù)電磁 場(chǎng)理論推導(dǎo)出電磁波方程:導(dǎo) 出波速為：在真空中， 與實(shí)際測(cè)得的光速十分接近，于是麥克斯韋大膽地假設(shè)光也是電磁波。在介質(zhì)中，定義： 此式將光學(xué)和電磁學(xué)這兩個(gè)不同領(lǐng)域中的物理量聯(lián)系起來(lái)。在光頻段， 即折射率是簡(jiǎn)諧光波在真空中的波長(zhǎng)與它在介質(zhì)中的波長(zhǎng)之比。得簡(jiǎn)諧平面波的波動(dòng)方程：二、電磁波波動(dòng)方程的解由時(shí)間相角因子或時(shí)空相角因子三、電磁波是橫波 理論和實(shí)驗(yàn)均證明，電磁波是橫波，并且對(duì)人眼起感光作用的是電場(chǎng)強(qiáng)度矢量，即 是兩兩正交的。電磁波譜

2、：電磁波的傳播過(guò)程是電磁場(chǎng)在空間的輸運(yùn)過(guò)程,描述場(chǎng)能輸運(yùn)情況的物理量是能流密度矢量 方向是場(chǎng)能運(yùn)動(dòng)方向大小等于每秒鐘通過(guò)單位截面積的場(chǎng)能亦稱為電磁波強(qiáng)度（光強(qiáng)）四、電磁波的能量傳播坡印亭矢量光強(qiáng) 對(duì)光進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，只檢測(cè)其檢測(cè)時(shí)間內(nèi)的平均值即有實(shí)際意義的是 的平均值：可見(jiàn)： 人眼的視網(wǎng)膜或光探測(cè)器（利用光電效應(yīng)、光熱效應(yīng)和波相互作用效應(yīng)的器件，諸如光電管、CCD電荷耦合器）所檢測(cè)到的光的強(qiáng)弱都是由能流密度的大小來(lái)決定的?？梢?jiàn)： 在波動(dòng)光學(xué)中，常把振幅的平方所表征的光的輻照度稱為光強(qiáng)度，即： 這里 應(yīng)理解為相對(duì)強(qiáng)度，其值與所在處 介質(zhì)的折射率有關(guān)五、波動(dòng)的基本性質(zhì)1.獨(dú)立性 幾列波相遇于同一區(qū)域時(shí)

3、，各自保持自己的特性，按照自己原來(lái)的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)2.疊加性 在相遇區(qū)域內(nèi)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的合位移是各波分別單獨(dú)傳播時(shí)在該點(diǎn)所引起的位移的矢量合疊加原理。 疊加原理表明，任何復(fù)雜的波可以看成是一系列簡(jiǎn)諧波的疊加。 光波的疊加原理是波動(dòng)光學(xué)的基本原理之一。相干條件：振動(dòng)方向相同頻率相同相位相同或相位差恒定相干波：滿足相干條件的幾列波稱為相干波。相干波源：能發(fā)出相干波的波源稱為相干波源。六、光波的干涉 如果兩波頻率相同，在觀察時(shí)間內(nèi)波動(dòng)不中斷， 而且在相遇處振動(dòng)方向幾乎沿著同一直線，那么它們疊加后產(chǎn)生的合振動(dòng)在有些地方加強(qiáng)，在有些地方減弱，這一強(qiáng)度按空間周期性變化的現(xiàn)象稱為干涉。干涉現(xiàn)象的強(qiáng)度分布光波

4、干涉現(xiàn)象七、相干與不相干的區(qū)別：光波的疊加 電磁振動(dòng)的疊加 設(shè)兩簡(jiǎn)諧振動(dòng)的方程為:疊加合振幅：合振動(dòng)的平均相對(duì)強(qiáng)度為： 合振幅： 合振動(dòng)的初相位：討論若在觀察時(shí)間內(nèi)，兩電磁振動(dòng)各自繼續(xù)進(jìn)行，并不中斷，則 始終保持不變,（即相位差恒定），與時(shí)間無(wú)關(guān)。這時(shí)有： 于是合振動(dòng)的平均強(qiáng)度為： 干涉項(xiàng)當(dāng) 時(shí)此時(shí)合振動(dòng)最強(qiáng)，稱為干涉相長(zhǎng)。 當(dāng) 時(shí)此時(shí)合振動(dòng)最小，稱為干涉相消。 則則相干疊加的結(jié)果（相干疊加的極值條件）當(dāng) 時(shí)則 且則于是合振動(dòng)的平均強(qiáng)度為： 合振動(dòng)的平均強(qiáng)度等于分振動(dòng)強(qiáng)度之和。 若在觀察時(shí)間內(nèi)，振動(dòng)時(shí)斷時(shí)續(xù)， 經(jīng)歷 之間的一切可能值，概率均等地在觀察時(shí)間內(nèi)多次經(jīng)歷從 之間的一切可能值， 非相干疊加結(jié)論： 在幾乎同一直線上的，同頻率的兩個(gè)電磁振動(dòng)疊加時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩種結(jié)果： 則產(chǎn)生相干疊加 通常稱：頻率相同、振動(dòng)方向幾乎相同、 相位差保持不變?yōu)橄喔蓷l件 。 則產(chǎn)生不相干疊加 可見(jiàn)：相干與不相干只是不同情況 波的疊加的具體表現(xiàn)。 特別指出：只要兩個(gè)振動(dòng)不垂直，