波動光學第一次課(2012)上課

第14章波動光學基礎北極光邁克耳孫干涉儀是根據光的干涉原理制成的精密測量儀器，它可以精密地測量長度及長度的微小變化等。§14.1

光是電磁波主要內容：2.光是一種電磁波1.平面簡諧電磁波的性質電磁波的產生及傳播凡作加速運動的電荷或電荷系都是發(fā)射電磁波的波源。變化磁場可以激發(fā)渦旋電場傳導電流和變化電場可以激發(fā)渦旋磁場一.電磁波§14.1

光是電磁波電磁波譜平面簡諧波電磁波的描述(1)(3)

真空中的電磁波是橫波和變化同步，相位相同。(2)E和H的關系說明(4)波速真空中(5)非強磁性介質的折射率電磁波的能量密度

能量密度

能流密度坡印亭矢量

（坡印亭矢量）

波的強度

I

(平均能流密度)I

正比于E02

或H02,通常采用其相對強度說明光色

波長(nm)

頻率(Hz)中心波長

(nm)

紅760~622

660

橙622~597610

黃597~577

570

綠577~492540

青492~470

480

蘭470~455

460

紫455~400

430可見光七彩顏色的波長和頻率范圍諸多的現(xiàn)象和理論研究表明：光是電磁波。(1)光與電磁波的傳播速度相等；都有反射，折射，干涉，衍射，偏振性質。(2)用電磁波理論研究光學現(xiàn)象的結果都說明光是電磁波。二.光是電磁波

在我國，每年春分、秋分前后，太陽、地球和同步通信衛(wèi)星將會成一線排列，而通信衛(wèi)星處于太陽和地球之間時，由于地球站將天線指向衛(wèi)星時，也正面直對太陽，因此太陽較強電磁波輻射也將被接收，即“噪聲進入接收系統(tǒng)”，通信業(yè)務信號因噪聲的增大而無法被接收解調系統(tǒng)順利識別出來，嚴重時就會出現(xiàn)信號中斷，發(fā)生所謂的“日凌”現(xiàn)象。一.

光源光源：1.光源的分類任何發(fā)光的物體都可以稱為光源。光譜：使光波中不同頻率的光分開，形成光譜.按光譜分為線譜光源連續(xù)譜光源(1)線譜光源氫原子的巴耳末線系照片§14.2

光源光波的疊加(2)連續(xù)譜光源按激發(fā)方式分熱輻射電致發(fā)光光致發(fā)光化學發(fā)光例如：太陽，白熾燈。例如：閃電，霓虹燈，發(fā)光二極管等。例如：日光燈，鱗光物質。例如：燃燒，鱗自燃，螢火蟲。自發(fā)輻射2.發(fā)光機理(1)熱輻射(2)電致發(fā)光(3)光致發(fā)光(4)化學發(fā)光能級躍遷波列波列長

L=c10-8自發(fā)輻射(5)同步輻射光源(6)激光光源受激輻射自發(fā)輻射E2E1非相干(不同原子發(fā)的光)非相干(同一原子先后發(fā)的光)二.光波的疊加P12r1r2···兩波在P點的光振動P點的合光矢量兩邊平方P點光強(1)(2)1.非相干疊加討論若，但不恒定

(3)=02.相干疊加相干條件：頻率相同；相位差恒定；光矢量方向平行；P處波的強度其中(1)相長干涉（明）(2)相消干涉（暗）若若則則相干的必要條件:(1)頻率相同；(2)相位差恒定；

(3)光矢量振動方向平行。相干條件問題：頻率相同，相位差恒定，光矢量振動方向介于垂直和平行之間的兩列波是否相干？答案：光矢量振動方向平行是干涉最好的情況，而光矢量振動方向垂直是絕對不可以相干的，所以光矢量振動方向介于垂直和平行之間的兩列波是可以相干的，只是干涉的情況差些而已。(2)兩疊加光波的振幅不能相差太大。相干的補充條件:(1)兩疊加光波的光程差不能太大；§14.3獲得相干光的方法楊氏實驗（分波陣面法）

一.楊氏雙縫實驗明條紋位置明條紋位置明條紋位置獲得相干光的方法1.分波陣面法（楊氏實驗)2.分振幅法（薄膜干涉)x兩波在P點的相位差恒定不變，為波程差x兩波在P點的相位差恒定不變，為

明紋

暗紋k=0,1，2，k=0,1，2，相鄰暗條紋中心間距相鄰明紋中心間距(2)相鄰明條紋間距正比于

(3)當用白光作為光源時，在零級白色中央條紋兩邊對稱地排列著幾條彩色條紋討論條紋周期性排列是光波空間周期性的體現(xiàn)0級明紋(1)為了能分辨各級，得到干涉圖像，要求d<<D1級明紋2級明紋二.洛埃鏡（洛埃鏡實驗結果與楊氏雙縫干涉相似）接觸處,

屏上O點出現(xiàn)暗條紋半波損失有半波損失相當于入射波與反射波之間附加了一個半波長的波程差無半波損失入射波反射波透射波沒有半波損失??反射鏡觀察屏用白光作光源觀察楊氏雙縫干涉。設縫間距為d

，縫面與屏距離為D解

清晰的可見光譜只有一級例在400~760nm范圍內，最先發(fā)生重疊的是某一級次的紅光和高一級次的紫光.明紋條件為求能觀察到的清晰可見光譜的級次0級明紋k+1級明紋k級明紋x(1)明紋間距分別為(2)雙縫間距d為雙縫干涉實驗中，用鈉光燈作單色光源，其波長為589.3nm，屏與雙縫的距離D=600mm解例求

(1)d=1.0mm和d=10mm，兩種情況相鄰明條紋間距分別為多大？(2)若相鄰條紋的最小分辨距離為

0.065mm，能分清干涉條紋的雙縫間距

d最大是多少？在雙縫干涉實驗中，兩條縫的寬度原來是相等的，若其中一縫的寬度略變窄，但保持縫間距不變，則例(1)干涉條紋的間距變寬。(2)干涉條紋的間距變窄。(3)干涉條紋的間距不變，但原極小處的強度不再為零。(4)不再發(fā)生干涉現(xiàn)象。§14.4光程與光程差介質中在相位改變相同的條件下，把光在介質中傳播的路程折合為光在真空中傳播的相應路程在介質中傳播距離r時，

相位的改變?yōu)楣獬陶婵罩衏光程……在多種介質中例兩光源1=

2，初相分別為1、

2。求兩波在P點相位差光程差初相差解

S2P光程n(r2–d)+nd

兩波在P點相位差為S2發(fā)出的波在P點的相位S1發(fā)出的波在P點的相位AA′例物象之間等光程原理物點象點間所有光線的光程相等AA

波面上各點到象點的光線的光程相等用折射率

n=1.58

的很薄的云母片覆蓋在雙縫實驗中的一條縫上，這時屏上的第七級亮條紋移到原來的零級亮條紋的位置上。如果入射光波長為

550nm解

設云母片厚度為

d。無云母片時，零級亮紋在屏上P點，則到P

點的兩束光的光程差為零；加上云母片后，光程變化(n

-1)d,則到P點的兩光束的光程差為當P點為第七級明紋位置時例求此云母片的厚度是多少？0級明紋7級明紋(1)明紋中心位置波長為600nm的平行光垂直入射在間距為0.2mm的雙縫上時，在縫后1

m處的像屏上形成干涉條紋，