光波的基本概念光波的叠加课件.ppt

1、1光的干涉教学内容：光的干涉教学内容：181 光波的基本概念光波的基本概念 光波的叠加光波的叠加182 分波阵面干涉分波阵面干涉183 分振幅干涉分振幅干涉184 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪2一一 光的干涉光的干涉 1 理解理解相干光的条件及获得相干光的方法。相干光的条件及获得相干光的方法。2 掌握掌握光程的概念以及光程差和相位差的关光程的概念以及光程差和相位差的关系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变。系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变。3 能能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置。条纹的位置。4 了解了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。迈克耳孙干涉

2、仪的工作原理。31、光程差光程差的分析和计算。的分析和计算。2、发生发生半波损失半波损失的条件。的条件。3、干涉加强和减弱的条件干涉加强和减弱的条件。4、明、暗条纹的位置，干涉条纹的特征明、暗条纹的位置，干涉条纹的特征及条纹的移动和变化。及条纹的移动和变化。分析干涉条纹的特征，如干涉条纹的分析干涉条纹的特征，如干涉条纹的位置、位置、形状、条纹间距形状、条纹间距等，以及干涉条纹的等，以及干涉条纹的变动变动情况。情况。45一一 光是一种电磁波光是一种电磁波1、电磁波的产生、电磁波的产生 凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源。凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源。例如：例如：天线中的振荡电流；天线中的振

3、荡电流；分子或原子中电荷的振动等。分子或原子中电荷的振动等。2、对电磁波的描述（平面简谐波）、对电磁波的描述（平面简谐波）)(cos0urtEE)(cos0urtHH平面电磁波方程平面电磁波方程6平面简谐电磁波的性质：平面简谐电磁波的性质：(2)电磁波是电磁波是横波横波uHE/(1)E和和 传播速度相同、相位相同传播速度相同、相位相同H001=c真空中真空中的光速的光速71）人眼对颜色的感觉由光的频率决定；人眼对颜色的感觉由光的频率决定；2）在光波中，对人眼和光学仪器感光起作用在光波中，对人眼和光学仪器感光起作用的是电场强度矢量；的是电场强度矢量；3）电场强度矢量，称为电场强度矢量，称为光矢量

4、光矢量，电场强度矢，电场强度矢量周期性的变化，称为量周期性的变化，称为光振动光振动。20IE0cos()rEEtu 注意注意:4）光的强度：光的强度：光的平均能流密度，光的平均能流密度，8可见光的范围可见光的范围nm760400:l lHz10140.410145.7:n n9二、光源二、光源(发光的物体发光的物体)（利用化学能、电能或光能激发（利用化学能、电能或光能激发的光源。例如磷光、辉光等。）的光源。例如磷光、辉光等。）普通光源普通光源热光源热光源冷光源冷光源（利用热能激发的光源。例如火、（利用热能激发的光源。例如火、太阳、白炽灯等；）太阳、白炽灯等；）激光光源激光光源（自发辐射）（自发

5、辐射）（受激辐射）（受激辐射）101、普通光源的发光机理、普通光源的发光机理原子能级及发光跃迁原子能级及发光跃迁基态基态激发态激发态nE跃迁跃迁自发辐射自发辐射nhE 波列长波列长 L=c波列波列810:10 10 s 就单个原子而言，原子发光是间歇的，每次就单个原子而言，原子发光是间歇的，每次发光时间极短（发光时间极短（10-8 S），），每个原子一次发出一每个原子一次发出一段长度有限的波列段长度有限的波列（光波列光波列）。）。11普遍光源发出的光，普遍光源发出的光，是由光源中各原子或分子是由光源中各原子或分子发出的许多光波列组成发出的许多光波列组成。各个光波列各自独立。各个光波列各自独立。

6、独立独立(同一时刻不同同一时刻不同原子发的光原子发的光)独立独立(同一原子不同时刻发的光同一原子不同时刻发的光).结论：结论：普通光源发出的光波不满足相干条件，普通光源发出的光波不满足相干条件，不是相干光，不能产生干涉现象。不是相干光，不能产生干涉现象。12三、光波的叠加三、光波的叠加两束光：两束光：在在 p 点相遇点相遇假设这两个同频率单色光在空假设这两个同频率单色光在空间间 p 点的光矢量大小分别为：点的光矢量大小分别为：11101cos()rEEtu 22202cos()rEEtu 频率相同、光矢量方向相同频率相同、光矢量方向相同222102010202cosEEEE E 则合成后则合成

7、后 21212()rr l l1S2Sp1r2r1312122cosIIII I 121201(2cos)IIII Idt 1212012cosIII Idt 原子发光时间极短，原子发光时间极短，人眼和感光仪器所感觉到人眼和感光仪器所感觉到的光强应该是瞬时光强在的光强应该是瞬时光强在一个较长时间内的一个较长时间内的平均值。平均值。即：即：考察合成后的光强分布考察合成后的光强分布两列光波的叠加，实际两列光波的叠加，实际上是两束光中的光波列上是两束光中的光波列之间的叠加。之间的叠加。P2114由于原子发光的间歇性和独立性，使到达由于原子发光的间歇性和独立性，使到达P点的二点的二光波列位相差是杂乱变

8、化的，也就是说，其取值可以是光波列位相差是杂乱变化的，也就是说，其取值可以是0 到到 之间的一切数值，之间的一切数值，21212012cosIIII Idt 1、非相干叠加非相干叠加01cos0dt 21III叠加后光强等与于两光束单独照射时的光强之和。叠加后光强等与于两光束单独照射时的光强之和。无干涉现象无干涉现象所以所以“瞬息万变瞬息万变”P21s1010:108 t1512122cosIIII I 有干涉现象有干涉现象初相位差恒定初相位差恒定01coscosdt 则对于空间指定点：则对于空间指定点：第三项成为干涉项第三项成为干涉项21212()rr l l此时，初相位差是恒定的，各处的光

9、强仅与此时，初相位差是恒定的，各处的光强仅与点到两光源的距离有关。点到两光源的距离有关。满足相干条件的两束光叠加后：满足相干条件的两束光叠加后：16在两束相干光相遇的区域，有些点的光振动在两束相干光相遇的区域，有些点的光振动始终加强，而有些点的光振动始终减弱，形成稳始终加强，而有些点的光振动始终减弱，形成稳定的振幅分布，这就是定的振幅分布，这就是光的干涉现象光的干涉现象。两束光满足：两束光满足：相干条件相干条件P21173、获得相干光的方法获得相干光的方法 利用普通光源获得相干光的方法的基本原利用普通光源获得相干光的方法的基本原理是，理是，把由光源上同一点发出的光设法分成两把由光源上同一点发出的光设法分成两部分，然后再使这两部分叠加起来。部分，然后再使这两部分叠加起来。这两部分光实际上来自这两部分光实际上来自同一原子的同一次同一原子的同一次发光发光，所以它们满足相干条件，因而是相干光。，所以它们满足相干条件，因而是相干光。分波阵面法：分波阵面法：把光波的阵面分为两部分。把光波的阵面分为两部分。分分 振振 幅幅 法：法：利用两个反射面产生两束反射光。利用两个反射面产生两束反射光。1819波阵面分割法波阵面分割法*光源光源1s2s振幅分割法振幅分割法20