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1、1,第十七章 波动光学,以直线传播为基础折射、反射定律,物理光学,波动光学：,以麦克斯韦电磁理论为基础， 光的干涉、衍射、偏振,量子光学：,以量子力学为基础， 光与物质作用,现代光学,非线性光学,激光光谱学,信息光学,全息术,光纤通讯,集成光学,统计光学 .,几何光学：,2,光的电磁理论,光矢量：,1. 光强,可见光：,波长：,频率：,光强,光是一定波段的电磁波,3,2. 光谱曲线,图 谱线及其宽度,谱线宽度,3. 光波的描述,理想的单色光场波函数,单色光 准单色光 光谱曲线 （谱线）,4,复振幅:,复数表达式,1) 单色平面波:,2) 单色发散球面波:,光 强 :,5,1. 光波叠加原理,遵
2、从波的独立传播原理, 多列波交叠区有:,条件: 介质是线性的, 光波服从叠加原理,2. 光的干涉,17-1 相干光,6,相干波,相位差,合振幅,光的强度或明暗在空间非均匀的稳定分布,- 光的干涉,7,从普通光源获得相干光方法:,分波前法,分振幅法,分振动面法,3. 获得相干光方法,普通光源的发光特点:,1) 一个原子每一次发光只能发出一个波列,2) 原子的发光是断续的,3) 各原子的各次发光是完全相互独立的,两个普通光源或同一普通光源的不同部分所发出的光是不相干的,8,17-2 杨氏双缝干涉实验 双镜 劳埃德镜,一 杨氏双缝干涉实验,实验装置,分波阵面干涉,9,杨氏干涉条纹,P点光强,S1 和
3、 S2 振动方向相同, 相位相同,频率相同,10,光强极大极小交替出现, 形成明暗相间、等亮度、等间距的条纹.,明纹中心:,暗纹中心:,条纹间距(亮亮或暗暗),11,讨论:,12,二 菲涅耳双棱镜、双面镜和劳埃德镜,图 菲涅耳双面镜,图 劳埃德镜,图 菲涅耳双棱镜,暗纹,为什么？,半波损失！,13,*三 非单色性对干涉条纹的影响（光场的时间相干性）,1. 干涉条纹可见度(衬度)定义:,14,准单色光： 中心波长为 谱线宽度为,干涉条纹消失的位置：,波长为 +/2 成分的第 k 级明纹与波长为 -/2 成分的第 （k+1）级明纹重合的位置。,相干长度,2. 非单色性对干涉条纹的影响,15,白光,
4、与,同数量级,He-Ne激光,长,单色性好,相干长度,波列长度 L,相干时间 ,时间相干性： 光源在同一时刻发的光分为两束后又先后到达某一观察点，只有这先后到达的时差小于某一值时才能在观察点产生干涉。,16,光源宽度对干涉条纹影响 - 光场的空间相干性,*四 光源大小对干涉条纹的影响（光场的空间相干性）,17,带光源双缝干涉的强度分布曲线,18,设光源上边缘处线光源 L产生的中央条纹 0L与下边缘处线光源N 产生的第一级亮纹 1N 重合。,空间相干性： 具有一定宽度的普通光源发出的光波，要使其波面上的两点（ S1 和 S2）作为次波源能发生干涉现象，这两点之间的距离必须小于某一值。,19,相干
5、间隔 d0 ：干涉条纹刚好消失时，S1 和 S2 之间的距离,最大张角 s ：S1 和 S2 对光源 S 的中心所张的角,20,17-3 光程 薄膜干涉,光程:,- 光所经过的介质的折射率 ni 与相应的几何路程 si 乘积.,光程差:,相位差:,一 光程,21,加强,减弱,( k = 0 1 2),加强和减弱的条件:,相位:,加强,减弱,( k = 0 1 2),光程差:,22,亮点,薄透镜，近轴光线：,透镜不产生附加光程差,一般在透镜前找光程差,d,亮,暗,亮,暗,条纹间距,二 透镜不引起附加的光程差,23,分振幅干涉 定域干涉,点光源非定域干涉,扩展光源的定域干涉,薄膜干涉,三 薄膜干涉
6、,24,n2 n1,两相干光的光程差,亮纹,暗纹,当 e、n2、n1 确定，,则相同入射角的入射光线有相同光程差。,它们在透镜焦平面上构成同一级条纹，称等倾干涉。,由,四 等倾干涉,25,等倾干涉条纹,26,1) 增透膜,对某一特定波长 ，反射干涉相消，透过相长。,2) 高反膜,对某一特定波长使反射率大大加强，透射率相应减少。,增透膜、多层膜,3) 干涉滤光层,多层膜可使从白光中获得特定波长范围的光。,27,一 劈尖,亮纹,暗纹,讨论：,1）,2）,3）,e 相同的条纹在同一级上，称为等厚干涉,e=0 的棱边处，是暗纹，这是半波损失一例证。,任意相邻明（暗）纹间距为 L,劈尖干涉,17-4 劈尖牛顿环,28,二 牛顿环,1) 干涉图样：内疏外密中心为暗点的圆环。,2）明纹、暗纹条件：,牛顿环,29,3）明（暗）环的半径：,明环半径,暗环半径,30,17-5 迈克耳逊干涉仪,31,平面镜 M1 平移的距离为,32,法布里 珀罗干涉仪(F-P),
