文档介绍：教学目标:牢固掌握光的相干条件;理解空间相干性和时间相
干性概念;了解两种干涉仪器的原理。
内容分析:第一单元(§1~§6):关于光的波动本质的一些
重要实验证据及解释。
第二单元(§7~§8):薄膜的等倾、等厚干涉。
第三单元(§9~§11):干涉仪的基本原理及干涉
现象的一些应用。
重、难点:1 相干叠加条件。
2 薄膜干涉,尤其是等厚干涉中近似结果的理解
及不同条件下产生的不同形式的条纹。
第一章光的干涉
1·1 光波和光速
麦克斯韦通过前人测得的光速与由理论导出的电磁波速一致的事实得出推论:光应是某一波段的电磁波。
电磁波在真空中的传播速度:
电磁波在介质中的传播速度:
定义介质折射率:
n的意义: 建立了光学和电磁学的联系。
§1 光的电磁理论
电磁波谱表
可见光
频率
波长
1· 2 光矢量与光能量
波动理论中用来描述光波的特征物理量是:频率,波长,振
幅,光矢量振动方向。
光波是横波。
定义电场强度矢量 E 为光矢量。
光能量的描述
能流密度:单位时间内、通过与波传播垂直方向上单位面积
的能量,即单位面积的功率。
平均能流密度:能流密度在一个周期内的平均值,也称为光
波的强度。
相对光强:光强度的相对值。
平均能流密度:I∝A2
相对光强:I = A2
2· 1 波的独立性、叠加性和相干性
独立性:波具有不受其他波动干扰、保持自身特性(频率、
振幅、振动方向)、沿固有方向传播的性质。
叠加性:多个具有独立性的波相遇时,在相遇区域内的质点
位移是各个波单独传播时该质点位移的矢量和。
相干性:波相遇时,若满足某些特定条件,在相遇区域内产
生的合振动强度表现为空间的周期性变化,即波具
有相干性。
干涉:具有相干性的波的叠加现象。
干涉花样:干涉时产生的合振动强度在空间的分布图象。
干涉现象是物质波动性的体现,只有波动才会产生干涉。
§2 波动的独立性、叠加性和相干性
2·2 相干与不相干叠加
通过讨论两个产生光波的振动矢量的叠加,明确相干叠加与不相干叠加的决定因素。
讨论的前提条件: (1)两个振动矢量的频率相同;
(2)两个振动都是简谐振动。
依此前提,两振动可表示为:
两者叠加形成的合振动为:
式中,
合振动强度为:
讨论:
若位相差随时间作无规则变化,即
则有:
结论:非相干叠加,I 为两振动强度之和。
若位相差不随时间变化,即与 t 无关,
则有:
结论:相干叠加,I 有规律的变化。
相干叠加合强度的变化规律:
令,则有:
①
此时为干涉加强(相长)。
②
此时为干涉减弱(相消)。
当为其他任意值时
相干叠加的必要条件为:①频率相同; ②位相差为定值;
③光振动矢量方向平行。
3· 1 位相差和光程差
进一步讨论上一节中两振动所形成的波动的叠加,即讨论振动在传播过程中的叠加(参见下图)。
初始时刻两振动的形式为:
在介质中经过一段传播过程后两波在空间P点相遇,发生相干叠加,振动形式为:
§3 由单色波叠加所形成的干涉花样
图1-2 两列单色的简谐波的叠加
d
r0
S1
S2
θ
P
P0
r1
r2
r