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1、光 学,光学分为几何光学,波动光学,量子光学。,几何光学撇开波的波动本性，以光的直线传播为基础， 研究光在透明介质中传播问题的光学。 主要内容：光的直线传播定律、光的独立传 播定律、光 的反射和折射定律。 波动光学以光的波动性质为基础，研究光的传播及其规 律问题的光学。 主要内容：光的干涉、衍射和偏振。 量子光学以光和物质相互作用时显示出的粒子性为基础 来研究光学。 波动光学与量子光学又统称为物理光学。 本篇仅讨论波动光学。,第 11 章 光的干涉,11.1 光的干涉现象和相干条件 一. 光强 在电磁波一章中指出,光波就是电磁波,它是电 磁波的一部分。光波是电场强度 和磁场强度 周期 性变化在
2、空间的传播，或者说是， 矢量和 矢量的 振动在空间的传播。 矢量和 矢量都分别在各自的 平面内振动，而且振动方向都与传播方向垂直。,许多研究表明： 在光波中引起光效应的是电场强度 ， 能产生感光作用（例如：对照相底片感光）和 生理作用（人眼对光的反应）。,电磁波的传播和发射,光的电磁理论,麦克斯韦结论：光是某一波段的电磁波，,在真空中的传播速度。,介质中电磁波的传播速度为：,长波,中波,短波,高频电视，调频,超高频,雷达,微波,线外线,可见光,紫外线,X 射线,射线,宇宙射线中的光子,3104,3102,3,310-2,310-6,310-8,310-12,390nm,780nm,波长(m),
3、电磁波谱,光强表示单位时间内通过与传播方向垂直的单位面积的 光的能量在一个周期内的平均值，即单位面积上的 平均光功率（average luminous power)。 无论是人的眼睛还是照相底片，所观测到的都是光强 而不是光振动 。,在波动光学中，主要讨论的是光波所到达之处的相对光 强，因此在同一种介质中就直接把光强定义为,二 光的干涉现象 两列光波叠加时出现明暗相间条纹的现象。 例如：杨氏双缝干涉实验。,2. 激光光源：受激辐射,三 光波叠加原理 1. 光的独立传播定律 在几列光波叠加(相遇)的区域里,每列光波都保持自己原 来的特性:频率、波长、振动方向、传播方向不变,就 好像 在自己的 传
4、播过程中 没有遇到其它光波一样,也就是说,它 们的传播互不干扰,这种现象称为。,2 . 光的叠加原理 在两列光波叠加的区域里,设空间某点,第一列光波的电场 强度为 ,第二列光波的电场强度为 ,根据光的独立传 播定律定律, 的值不受 的 影响,对 也是一样.根据 场强叠加原理,在该点的总场强,这就是光的叠加原理。,光的叠加原理也可以简 述如下： 在两列光波叠加区域 中某一点的总场强等于各波单独存在时在该点的电场强度 的矢量和，即,第一束光单独产生的光强,第二束光单独产生的光强,干涉项,将引起光强在空间的重新分布，即 产生干涉现象。把 是否为0作为是否产生干涉的标志。,当 时,干涉极大。,当 时,
5、干涉极小。,若发生干涉的两束光强相等时，则有,五、光的相干性、相干光的获得,1、光的相干性,2、相干光的获得方法,（1）分割波阵面的方法 例如：杨氏双缝干涉实验 （2）分割振幅的方法 例如：薄膜干涉,11.2 光的分波面干涉,一、杨氏双缝实验 屏幕 E 上明暗条纹的分布位置。所谓明暗条纹是指光强的极大和极小。,光干涉的基本公式,明条纹,暗条纹,设 S 点的,则经 和 到达屏上 P 点的两束光电场强度 分别为,其中,明条纹,暗条纹,（13.10),从 发出的光线，到达 P 点的光程差,明暗条纹的位置可由光程差公式定出：,任意两条纹间距,相邻两明条纹间距 或 相邻两暗纹间距,讨论：1.对应明条纹,
6、称为零级明条纹 或中央明条纹，光成差,称为第一级、第二级、第三级等明条纹,对应暗条纹,称为第一级、第二级、第三级等暗条纹,可见,用不同波长的单色光做实验,各明暗条纹 间距不同.,5.如果用白光（复色光）做实验，则屏幕上出现彩色条纹。,由明条纹条件：,当,可见，条纹的位置与单色光的波长成正比。,其它分波阵面干涉装置,1,、洛埃镜实验,K,L,O,注意：玻璃与空气,相比是光密媒质，,从光疏媒质到光密媒质照射时，反射光会有位相,的实变，即反,射波会有,“,半波损失,”,。,p,这里,m,的取值要视具体情况而定取值要合理使,X,在交叠区内,出现，即可能出现的条纹数取决于光的重叠范围。,当把屏靠近平面镜,KL,时，,X=0,，,光程差是半波长，,中央是,暗条纹,。这也是与杨氏实验的区别,。,
