8波動光學之干涉(已修改)
2025-08-17 18:27 本頁面
【正文】 第八章 波動光學 一、光源 81 光源 光的相干性 光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子 ?=(E2E1)/h E1 E2 能級躍遷輻射 普通光源 ： 自發(fā)輻射 獨立 (不同原子發(fā)的光 ) 獨立 (同一原子先后發(fā)的光 ) ? 發(fā)光的隨機性 ? 發(fā)光的間隙性 波列 波列長 L= ? c 秒810 ???光源的發(fā)光機理 可見光頻率范圍 光的顏色和光譜 Hz.~. 1414 10931077 ??可見光波長范圍 0A7 6 0 0 3 9 0 0 ~可見光顏色對照 紅紫 ~ 單色光 —— 只含單一波長的光。 復色光 —— 含多種波長的光。 準單色光 —— 光波中包含波長范圍 很窄的成分的光。 O0I20I?2??? ?2??? ???光強 20EI ?20EI ? 在波動光學中，主要討論的是相對光強，因此在同一介質中直接把光強定義為： 光波是電磁波。 光波中參與與物質相互作用（感光作用、生理作用）的是 E 矢量，稱為光矢量。 矢量的振動稱為光振動。 E光強：在光學中，通常把平均能流密度稱為光強， 用 表示。 I二、光的相干性 ??c o sEEEEE 20222202102 2?????c o s2 2121 IIIII ???設 s s2兩頻率相同，光矢量方向相同的光源，發(fā)出光波在 p點相遇 相干條件 A、同方向、同頻率、同位相或位相差恒定 B、振幅相差不易太大 C、在相遇點光程差不宜太大 光的相干性 1S2S1E?1r?2r?2E?p(1)非相干疊加 獨立光源的兩束光 或 同一光源的不同部位 所發(fā)出的光的位相差“瞬息萬變” 0c o s10?? dt? ??? 21 III ??疊加后光強等于兩光束單獨照射時的光強之和，無干涉現象 dtIIII ????? ? ???02121c o s12dt)c o sIIII(I ? ??? ? ???0 212121??c o sIIIII 2121 2???（ 2）相干疊加 滿足相干條件的兩束光疊加后 位相差恒定，有干涉現象 21 II ?若 2412211???? c o sI)c o s(II ???142 IIk ??? ???012 ???? I)k( ???干涉相長 干涉相消 ? 激光光源： 受激輻射 ? = (E2E1)/h E1 E2 ? ? 完全一樣 (頻率 ,位相 ,振動方向 ,傳播方向 ) 相干光源 兩個獨立的光源不可能成為一對相干光源 原因：原子發(fā)光是隨機的，間歇性的，兩列光波的振 動方向不可能一致，周相差不可能恒定。 鈉 光 燈 A 鈉 光 燈 B 兩束光 不相干！ 1 ） 分波前的方法 楊氏干涉 2 ） 分振幅的方法 等傾干涉、等厚干涉 普通光源獲得相干光的途徑 （ 方法 ） p S * 分波面法 分振幅法 p 薄膜 S * 三、光程與光程差 ??c? 光的波長真空中ncu ?nn?? ?光在介質中傳播幾何路程為 r，相對應的波數為 ??rnrn?光程 定義： 光在某一介質中傳播的幾何路程與該介質的折射率的乘積 nr 相應的波數在真空中傳播的距離為 nrrn ????nu???介質中光的波長 若一束光在空間傳播經歷了幾種介質，則 ??iii rn光程1S2S1n1r2r 2nPn3,d 如圖 s2p的光程為 n2(r2d)+n3d 光程差 兩支光的光程之差 11322 )( rndndrn ?????光程差 相應的位相差為 ????? 2? 光在真空中的波長 若兩相干光源不是同位相的 ??????? 20 ?? ,?? k??2)1 2(?? ??? k加強（明）…2,1,0 ?k兩相干光源同位相，干涉條件 減弱（暗）…2,1,0 ?k例 1 在相同的時間內，一束波長為 λ0的單色光在空氣中和玻璃中傳播，路程是否相等，光程是否相同。 解： 光速 c 介質中 ncu ? 時間 Δt 空氣中，路程 s =c Δt 光程 cΔt 玻璃中，路程 tnctus ?? ????1光程 tctnuns ?? ???1不同光線通過透鏡要改變傳播方向， 會不會引起附加光程差？ ABCabcFA、 B、 C 的位相相同，在 F點會聚，互相加強 A、 B、 C 各點到 F點的光程都相等。 AaF比 BbF經過的幾何路程長，但 BbF在透鏡中經過的路程比 AaF長，透鏡折射率大于 1，折算成光程， AaF的光程與 BbF的光程相等。 解 釋 使用透鏡不會引起各相干光之間的附加光程差。 ?四、物、像間的等光
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