【正文】 干涉條紋； ?因而進行干涉實驗，采用單色光源比較好。 這就是所謂的干涉圖，或稱干涉花樣。特別地，若 ，則位相差取決于光程差。 由單色波疊加所形成的干涉花樣 ? 光程和光程差 ? 干涉圖樣的形成 一、波的方程與光程 1．波的方程 S P r 波源 S： )c o s (000 ?? ?? tAE波源 S的振動傳播到 P點， P點也引起振動，振動方程為： )](c os [])(c os [00????????????vrtAvrtAEPPPP點振動的初相 2．光程 000002222???????????????????????????????nrcvrcvrfvrPP點振動的初相 光程定義為： ?r ???一、波的方程與光程 S P r △ =n1r1+ n2r2+ n3r3+…… + n mrm ?若光的傳播過程中透過多個介質(zhì)，折射率分別為n1,n2… nm ?在這些介質(zhì)中傳播的幾何路程分別為 r1,r2,… rm ?則總的光程為： 2．光程 一、波的方程與光程 有了光程 ， P點振動寫為 ?r ???])(2c os [])(c os [00???????????nrctAvrtAEPPP2．光程 一、波的方程與光程 S P r 如果在空氣中 ， n1=n2=1 兩光程之差 叫做光程差。 ★ 兩光波在相遇處相位不能相差太大。 時有強度極大或極小的分布 j 取其它值，則強度介乎極大與極小之間。 1， 177。 )c os ()c os (1 120 12 ????? ? ???? dt（ 2） 若在任意時刻初位相差 ，則上式末項積分值為 恒定值?? 12 ??合成振動的平均強度為 ????????????????????????2)(2)()c o s (2122211222112212221jAAjAAAAAAI當(dāng)當(dāng) 注意： ，是與 P點位置聯(lián)系在一起的，所以有 “空間位置分布” 的說法。振動方程寫為 )c o s (21 ?? ???? tAEEE22112211122122212c o sc o ss i ns i n)c o s (2???????AAAAtgAAAAA???????疊加：即為代數(shù)和（因為沿同一直線振動） 其中 1．兩列波在相遇處的振動疊加 式中， 決定 的形式 :干涉因子 由于實際觀察到的總是在較長時間內(nèi)的平均強度，平均強度的計算方法： 2．相遇處的振動疊加后的平均強度 dtAAAAdtAAAAdtAAI???????????????????????012212221012212221022)c o s (12)]c o s (2[11(τ是觀察時間 ) 上式表明兩振動疊加后的合振動強度簡單的是兩獨立振動的強度之和，這是 非相干疊加 。 ? 只要給定光場的 振幅 分布和 相位 分布，則該頻率的單色光場就完全確定了。在各向同性的介質(zhì)中，波線與波面處處正交。 2．干涉現(xiàn)象是光波動性的證明 ：凡干涉圖樣出現(xiàn)的現(xiàn)象，都可作為該現(xiàn)象具有波動本性的最可靠、最有力的實驗證據(jù)。 4．干涉圖樣： 疊加區(qū)域內(nèi)振動強度的 非均勻分布 就是干涉圖樣（干涉花樣，干涉圖）。 21 EEE??? ??E?2E?1E?A 3．干涉： 如果兩波頻率相同，在觀察時間內(nèi) 波動不中斷 ，而且在相遇處 振動方向幾乎沿著同一直線 ，那么它們疊加后產(chǎn)生的合振動可能在有些地方 加強 ，在有些地方 減弱 。 167。 ④ 光強度是平均能流密度： I ∝ A2 A是振幅 通常直接寫為 I =A2 此為相對強度 三、光波段、光強度 167。 三、光波段、光強度 167。 波動的獨立性 、 疊加性和相干性 三、光波段、光強度 1．可見光波段 ： 390nm ～ 760nm [真空中波長 ] 1014 ～ 1014 Hz 光的顏色由光的頻率決定 人眼最敏感的色光波長 ： 555nm附近 敏感波長 555nm λ 760 622 597 577 492 450 435 390nm Δλ 38 25 20 85 42 15 45 nm 紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫 167。 波動的獨立性 、 疊加性和相干性 二、光速、波長、頻率、折射率之間的關(guān)系 1．真空中： ?fc ?`???n真空中的折射率為 1 介質(zhì)折射率 n 為相對于真空而言 `?fv ?2．介質(zhì)中： rrrv ??? ???3．折射率： 167。 波動的獨立性、疊加性和相干性 由單色波疊加所形成的干涉圖樣 分波面雙光束干涉 干涉條紋的可見度、時間相干性和空間相干性 * 菲涅耳公式 等傾干涉 等厚干涉 邁克爾孫干涉儀 法布里 — 珀羅干涉儀 多光束干涉 干涉現(xiàn)象的應(yīng)用 牛頓環(huán) 一、光的本質(zhì) 1．光的本質(zhì) ：是電磁波，在真空中的傳播的速度與電磁波的傳播速度是一樣的，即為 c 2．光在介質(zhì)中的傳播速度 001???crrcv???ε 0：真空的介電常數(shù) μ 0：真空的磁導(dǎo)率 ε r：介質(zhì)的相對介電常數(shù) μ r：介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率 167。 第一章 光的干涉 光的本性是什么？ 波動性：光有干涉、衍射和偏振現(xiàn)象。 粒子性：光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)。 波動的獨立性 、 疊加性和相干性 E⊥ H v方向：是 E H 的方向 E H v 一、光的本質(zhì) 3．光波是橫波（電磁波是橫波） Z光傳播方向， Y電場強度振動方向 167。 波動的獨立性 、 疊加性和相干性 三、光波段、光強度 167。 波動的獨立性 、 疊加性和相干性 2．光強度 ① 通俗地講，人眼感受或光檢測儀觀測到 光的強度 都是平均能流密度 ② 能流密度，是指單位時間內(nèi)通過與波的傳播方向垂直的單位面積的能量，也即 通過單位面積的功率 。 波動的獨立性 、 疊加性和相干性 2．光強度 ③ 任何波動傳遞的平均能流密度與振幅的平方成正比。 波動的獨立性 、 疊加性和相干性 四、機械波的獨立性和疊加性 機械波的獨立性 波在相遇的區(qū)域內(nèi)，只要振動不十分強烈，就能保持自己的特性（頻率、振幅和振動方向）按自己原來的傳播方向前進，彼此不相互影響。 波動的獨立性 、 疊加性和相干性 機械波的疊加性 波在相遇的區(qū)域內(nèi)，介質(zhì)質(zhì)點的合位移為各波分別單獨傳播時在該點引起的位移的矢量和。這 一強度按空間周期性變化的現(xiàn)象稱為干涉。 干涉現(xiàn)象是波動的特性 1．波動的特征： 是能量以振動的形式在物質(zhì)中依次轉(zhuǎn)移， 物質(zhì)本身并不隨波移動 。 五、光波的描述 ? ： ? 波動是振動在空間的傳播，波動所存在的空間稱為波場； ? 波場中每點的物理狀態(tài)隨時間作周期性變化，而在每一瞬時波場中各點物理狀態(tài)的空間分布也呈現(xiàn)一定的周期性； ? 通常把某一時刻振動相位相同各點的軌跡稱為波面，把能量傳播的路徑稱為波線。 波面 波線 ? 給出了光場中的振幅分布； ? 是各點相位比原點落后的值，它確定了光場中相位的相對分布； ? 是光場頻率。 ? ?)(c o s)(),( rtrAtrE ??? ?? ??)(rA?)(r???任一理想的單色光場可用下述的波動表達(dá)式描述 ： ? 六、相干與不相干疊加 假定簡諧振動，沿同一直線振動，同頻率，不同位相。 所以 （ 1）若在觀察時間內(nèi)，振動時斷時續(xù)，以致它們的初相位各自獨立地做不規(guī)則的改變，在 0～ 2π之間取一切值且概率均等，則有 2221 AAI ??平均強度為 0)c os (1 0 12 ??? dt? ???結(jié)果：在觀察時間內(nèi)強度 沒有 空間強弱分布。 一個確定值?? 12 ??表明 j =0， 177。 2， 若 02121 , IIIAAA ????0m in ?I相消干涉 相長干涉 02m a x 44 IAI ??2c o s4)c o s (2221202100?????????IIII　21 ??? ??I擴展：如果有 n個頻率相同，振幅相同的振動疊加，疊加后的振動強度情況？ 總結(jié) ： a. 光波頻率相同 b. 光矢量振動方向相同 c. 有固定的相位差 兩補充條件： ★ 兩光波在相遇處振幅不能相差太大。 167。 路程差 一、波的方程與光程 二、相位差與光程差 s1 s2 r0 d P P0 r1 r2 y ])(2c o s [])(2c o s [0222201111????????????nrctAEnrctAE兩個振源在 P點各自引起的振動用光程寫為： )()(2])(2[])(2[01022101102212??????????????????????????nrnrnrctnrct兩個振源在 P點各自引起的振動的位相差寫為： 若在觀察時間內(nèi) 保持不變，則認(rèn)兩個振源是相干的。有 )( 0102 ?? ?0)( 0102 ?? ??)(2 21 nrnr ??? ???二、相位差與光程差 三、干涉圖的形成 ),2,1,0(,)12(,212????????????jjj相消干涉相長干涉?????在 P點，按照兩個振動的合成，有 ),2,1,0(,2)12(,21?????????????jjjnrnr相消干涉相長干涉???也即程差滿足： 干涉條紋的形狀 ?kAAAAI c o s2 212221 ???? 如果 S1和 S2向一切方向傳播，并且 光波是在空氣中傳播 n＝ 1， δ＝ r2－ r1，則光強相同的空間各點的位置滿足條件 常數(shù)???? ?kAAAAI c o s2 212221常數(shù)??? 12 rr? 由上式可知，這些點的位置是在以 S1和 S2連線為軸的雙葉旋轉(zhuǎn)雙曲面上。 S1