《光的干涉定》PPT課件

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1、第一章光的干涉1.1波動(dòng)的獨(dú)立性、疊加性和相干性1.2由單色波疊加所形成的干涉圖樣1.3分波面雙光束干涉1.4干涉條紋的可見(jiàn)度光波的時(shí)間相干性和空間相干性1.5*菲涅耳公式1.6分振幅薄膜干涉(一)—等傾干涉1.7分振幅薄膜干涉(二)—等厚干涉1.8邁克耳孫干涉儀1.9F-P干涉儀多光束干涉1.10干涉現(xiàn)象的一些應(yīng)用牛頓環(huán)1光在介質(zhì)中的傳播速度所以，光在介質(zhì)中的傳播速度v是真空中的1/n，n為介質(zhì)的折射率。光在真空中的傳播速度m·s-11.1波動(dòng)的獨(dú)立性、疊加性和相干性第一章光的干涉（InterferenceofOptics）2由于u0,c為常數(shù)，A為振幅，所以，1.1.

2、2．光的強(qiáng)度光強(qiáng)I是由平均能流密度大小決定的，即玻印亭矢量S的平均值：3光強(qiáng)在不同介質(zhì)中,比例系數(shù)中須有折射率n：在同一介質(zhì)中,只關(guān)心光強(qiáng)的相對(duì)分布,可忽略比例系數(shù)，相對(duì)光強(qiáng)為：4電磁波譜線頻率v與波長(zhǎng)l的關(guān)系:----真空中的光速5波的獨(dú)立性兩列或多列波在空間相遇,相遇以后如果可以保持自己的特性(頻率,振幅和振動(dòng)方向等),按照自己原來(lái)的傳播方向繼續(xù)前進(jìn),彼此不受影響.波的疊加性在相遇區(qū)域內(nèi),介質(zhì)指點(diǎn)的合位移是各波分別單獨(dú)傳播時(shí)在該點(diǎn)所引起的位移的矢量和.波的獨(dú)立性是疊加性的前提1.1.3機(jī)械波的獨(dú)立性和相干性6波的疊加原理與獨(dú)立傳播定律一樣,適用性是有條件的：(1)介質(zhì)

3、的性質(zhì)(2)波的強(qiáng)度光在真空中總是獨(dú)立傳播的,從而服從疊加原理.在介質(zhì)中,當(dāng)光不太強(qiáng)時(shí),疊加原理仍然適用,此時(shí)介質(zhì)稱為線性介質(zhì),反之成為非線性介質(zhì).非線性效應(yīng):違反疊加原理的效應(yīng),稱為非線性效應(yīng).非線性光學(xué):研究光的非線性效應(yīng)的學(xué)科.7干涉的界定若兩波頻率相等，在觀察時(shí)間內(nèi)波動(dòng)不中斷，而且在相遇處振動(dòng)方向幾乎沿著同一直線，那么它們疊加后產(chǎn)生的合振動(dòng)可能有些地方加強(qiáng)，在有些地方減弱，這一強(qiáng)度按空間周期性變化的現(xiàn)象稱為干涉。所得到的強(qiáng)度非均勻分布的整體圖象稱為干涉圖樣8由觀察結(jié)果確定：光在物質(zhì)中傳播時(shí)能量從物質(zhì)的一部分遷移到另一部分。這種遷移可以依靠波動(dòng)，也可能依靠移動(dòng)著的微

4、粒。波動(dòng)的特征：能量以振動(dòng)的形式在物質(zhì)中依次轉(zhuǎn)移，物質(zhì)本身并不隨波移動(dòng)。如果依靠微粒來(lái)遷移能量時(shí)，能量隨微粒一起移動(dòng)凡強(qiáng)弱按一定分布的干涉圖樣出現(xiàn)的現(xiàn)象，都可作為該現(xiàn)象具有波動(dòng)本性的最可靠、最有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)1.1.4干涉現(xiàn)象是波動(dòng)的特性9光波是一種電磁波,它是矢量橫波,需要用兩個(gè)矢量場(chǎng)來(lái)描述:其中E,H分別是電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量.E0,H0分別是它們?cè)谠擖c(diǎn)的振幅.在一定條件下,可用標(biāo)量波來(lái)處理.相干和不相干的區(qū)別:對(duì)人眼或感光儀器起主要作用1.1.5相干和不相干疊加101112式中下面環(huán)繞振動(dòng)和波的聯(lián)系來(lái)分析，即波的疊加歸結(jié)為振動(dòng)的疊加。從振動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算，采用振幅矢量合

5、成著手。13檢測(cè)儀器探測(cè)到的光強(qiáng)定義為一個(gè)平均值的原因響應(yīng)時(shí)間：能夠被感知或被記錄所需的最短時(shí)間人眼的響應(yīng)時(shí)間：最好的儀器的響應(yīng)時(shí)間大約：2ps光波的振動(dòng)周期：人眼和接收器只能感知光波的平均能流密度有實(shí)際意義的是光波的平均能流14干涉圖樣取決于較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的平均強(qiáng)度：式中τ為觀察時(shí)間。兩種情況討論：與t無(wú)關(guān)，即相位差恒定，相干。第三項(xiàng)稱為相干項(xiàng)相位差隨時(shí)間變化。相干項(xiàng)為零。綜上所述，這里應(yīng)區(qū)分疊加和疊加。相干非相干15相干疊加的三個(gè)條件是：相位差恒定?，F(xiàn)象通常也是取決于相位差是否恒定。頻率相同、振動(dòng)方向幾乎相同并在觀察時(shí)間內(nèi)重點(diǎn)是第三條，是否出現(xiàn)干涉16圖示：光強(qiáng)的分布4．

6、干涉相長(zhǎng)和干涉相消干涉相長(zhǎng)干涉相消17相位差隨時(shí)間變化。相干項(xiàng)為零。值得注意的是:相干疊加和非相干疊加都是按振幅相加的,振動(dòng)的瞬時(shí)值都直接疊加,差別僅表現(xiàn)在最后的平均值上18在幾乎同一直線上的同頻率的兩電磁振動(dòng)疊加時(shí),需要區(qū)分兩種情況:(1)相位差始終保持不變:可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)觀察到干涉現(xiàn)象.此時(shí)的兩振動(dòng)是相干的(2)兩振動(dòng)的相位差在觀察時(shí)間內(nèi)無(wú)規(guī)則地改變,不出現(xiàn)干涉現(xiàn)象.通常稱這種振動(dòng)為不相干的對(duì)于多光束的疊加可類似處理191.2.1．相位差和光程差P點(diǎn)的振動(dòng)為（觀察面上取一定點(diǎn)）圖中參數(shù)：r1,r2,d,r0,y,現(xiàn)討論兩列單色簡(jiǎn)諧波的疊加來(lái)分析干涉圖樣的形成振源S1、

7、S2的振動(dòng)為r1r2S1S2dS’yPP0N1.2由單色光波疊加所形成的干涉圖樣20兩波在P點(diǎn)相位差:正比于光程差δ＝r2－r1若兩振源的初位相相同,即定義:光程波數(shù)21圖示：光強(qiáng)的分布時(shí)時(shí)1.2.2干涉圖樣的形成22波場(chǎng)中強(qiáng)度取極大和極小的條件強(qiáng)度分布情況干涉圖樣滿足以上條件的點(diǎn)P的軌跡在空間中是以振源S1,S2為焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)雙曲面族,在觀察屏上的干涉圖樣由觀察屏和雙曲面的交線確定則，合振動(dòng)平均值達(dá)到最大值，稱干涉相長(zhǎng)則，強(qiáng)度達(dá)到最小值，稱為干涉相消。23如圖所示：以S1,S2為軸線的雙葉旋轉(zhuǎn)雙曲面,以S1和S2兩點(diǎn)為它的焦點(diǎn)