高二物理競賽光波 相干光 光程差課件

1經(jīng)典光學史大事錄公元前5世紀，墨翟，小孔成像、色差與溫度關系；

公元前3世紀，Euclid，光的直線傳播和反射定律論述；

光的折射定律(1621,W.Snell,實驗；1637,R.Descartes,理論)；

1658，P.Fermat，光傳播中的最短光程原理；

1660，F(xiàn).M.Grimaldi，發(fā)現(xiàn)光的衍射現(xiàn)象；

1666，I.Newton，棱鏡色散；1675，牛頓環(huán)實驗；

1669，E.Bartholinus，方解石雙折射現(xiàn)象；

1690，C.Huygens，《光論》，提出光的波動說；

1704，I.Newton，《光論》，多種光現(xiàn)象的論述（微粒說）；

1801，T.Young，光的干涉實驗；1817,T.Young,提出光是橫波;

1808，E.J.Malus，光的偏振；1811，Brewster定律；

1815，J.V.Fraunhofer,光的衍射；A.J.Fresnel,H-F原理；

1821，A.J.Fresnel,光的橫波理論；J.V.Fraunhofer,光柵；

1841,C.F.Gauss,幾何光學理論;1859,G.R.Kirchhoff,輻射定律；1845,M.Faraday，磁光效應；1875，J.Kerr，電光效應；

1849,A.H.Fizeau,測光速;1850,J.B.L.Foucault,水與空氣中光速;

1864,J.C.Maxwell,電磁理論、預測光是電磁波(1887,Hertz證實).2P21普通光源發(fā)光特點：原子發(fā)光是斷續(xù)的，每次發(fā)光形成一長度有限的波列，各原子各次發(fā)光相互獨立（電矢量振動方向也雜亂無章），故各波列互不相干。（1）光源的發(fā)光機制原子能級及發(fā)光躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)躍遷自發(fā)輻射1光源(LightSource)［附］：激光激光器發(fā)出的光本身就是單色性很好的相干光。3人眼不能感知光矢量的振動[偏振]方向，但對一定頻段的光的強度I

敏感（主要源于視桿細胞）。在波動光學中，通常主要討論光的相對強度，因此對同一頻率的光也常直接把光強定義為:平面電磁波光矢量：在引起人眼視覺和底片感光上起主要作用的是光的電矢量，常稱為光矢量。（2）光是一種電磁波(ElectromagneticWave)4人眼對可見光(visiblelight)的響應對光色的分辨源自視錐細胞（光很暗時，視覺來自視桿細胞，無色覺）.每個人可見的光頻范圍略有不同.5可見光頻率范圍:單色光——只含單一波長的光復色光——含多種波長的光準單色光——光波中包含波長范圍很窄的的光可見光波長范圍:400450500550600650750nm紫

藍

青

綠

黃

橙

紅

[可見光]光譜：真空中的光速:因人而異（理想的單色光不存在）6白光通過三棱鏡時發(fā)生色散形成連續(xù)光譜有些物質的光譜是分立的線光譜例：氦（He）的光譜7２、相干光的產(chǎn)生波陣面分割法(分波前法)*光源振幅分割法相干光條件：頻率相同、振動方向平行、相位差恒定獲得相干光的二類典型方法：楊氏干涉薄膜干涉動畫演示8獲得相干光的兩類典型方法：兩個獨立的［普通］光源產(chǎn)生的光不容易滿足相干條件。如果把同一光源發(fā)出的同一束光“分成兩部分”，則比較容易獲得相干光。有兩種分法.光遇到介質界面時，一部分光被反射,另一部分則透射；如果把透射光再由一界面反射回來，與原來的反射光疊加到一起，這兩反射光將符合相干光條件。薄膜12n1n2n31.

分振幅法（振幅分割法）:2.

分波面法（波陣面分割法、分波前法）:如果把一束光的同一個波陣面上的兩個面元取出來作為[子]光源,則來自這兩個子光源的光也符合相干光條件。［薄膜干涉，劈尖、牛頓環(huán)、Michaelson干涉儀屬此類］［Young雙縫干涉、Lloyd鏡屬此類］93光程(OpticalLength)光在真空中的速度光在介質中的速度真空中的波長介質的折射率介質中的波長10*P*11

波程差(WavePathDifference)

相位差(PhaseDifference)

*P*介質中的波長12

物理意義：光程就是光在介質中通過的幾何路程按相位差相等折合到真空中的路程.*P*

(1)光程:介質折射率與光的幾何路程之積=13(2)光程差

(兩光程之差)光程差*P*相位差14干涉加強

干涉減弱15AB4薄透鏡的等光程性AB焦平面平行光經(jīng)過薄透鏡不引起附加的光程差16二光矢量相疊加：光強：非相干光：相干光：與時間無關（但有空間分布），可出現(xiàn)干涉條紋分布5光波的疊加（光的干涉現(xiàn)象的原理）17二相干光[經(jīng)不同介質、路徑相遇]疊加后，總光強：6光的干涉的一般表達：其中當二相干光來自同一光源時，如無界面反射問題，則為二相干光的光程差當至少其中一個光路涉及界面反射問題，則必須考慮是否存在半波損失引起的額外相位、相位差。額外光程差：

半波損失：光由光速較大的介質射向光速較小的介質時，反射光位相突變，即光