物理光學(xué)簡明教程（第3版） 課件 1.8單色光波的疊加和干涉

1.8單色光波的疊加和干涉

兩個或多個光波在空間某一區(qū)域相遇時，發(fā)生光波的疊加。一般頻率、振幅、位相都不相同的光波疊加較復(fù)雜，本章只討論頻率相同或頻率相差很小的單色光波的疊加。波在傳播過程中，除了遇到界面，產(chǎn)生反射、折射外，1）疊加原理：幾個波在相遇點(diǎn)產(chǎn)生的合振動是各個波單獨(dú)產(chǎn)生的振動的矢量和。

疊加原理是波動光學(xué)的基本原理。數(shù)學(xué)表達(dá)：

實(shí)際上，通常計(jì)算的是諸波列的同一分量的疊加，標(biāo)量相加

E(t)=E1(t)+E2(t)+???它是討論干涉、衍射和偏振等波動光學(xué)問題的重要基礎(chǔ)

一、

疊加原理前提：光波傳播獨(dú)立性2）波傳播的獨(dú)立性

疊加原理也是介質(zhì)對光波的線性響應(yīng)的一種反映一、

疊加原理每一個波獨(dú)立地產(chǎn)生作用，不因其他波的存在而受影響。如兩光波相遇之后分開，每個光波仍保持原有的特性（頻率、波長、振動方向等），按照自己的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)。設(shè)兩個頻率相同、振動方向相同的單色光波分別發(fā)自光源S1和S2，在空間某點(diǎn)P相遇，P到S1和S2的距離分別為r1和r2。兩光波各自在P點(diǎn)產(chǎn)生的光振動可以寫為二、

兩個同頻率、同振動方向光波的疊加和干涉方法：代數(shù)法、復(fù)振幅法和圖解法兩列波交疊區(qū)域任意一點(diǎn)p的振動？根據(jù)疊加原理，P點(diǎn)的合振動為式中光強(qiáng)為二、

兩個同頻率、同振動方向光波的疊加和干涉式中討論在P點(diǎn)疊加的合振動的光強(qiáng)I取決于兩光波在疊加點(diǎn)的相位差。P點(diǎn)光強(qiáng)有最大值，P點(diǎn)光強(qiáng)有最小值，二、

兩個同頻率、同振動方向光波的疊加和干涉兩光波在P點(diǎn)的相位差可寫成為單色光波在真空中的波長為光程差，記為D表示從S1和S2到P點(diǎn)的光程之差。所謂光程，就是光波在某一種介質(zhì)中所通過的幾何路程和這介質(zhì)的折射率的乘積。采用光程概念的好處是，可以把光在不同介質(zhì)中的傳播路程都折算為在真空中的傳播路程，便于進(jìn)行比較。二、

兩個同頻率、同振動方向光波的疊加和干涉光程差為兩束光的光程之差s2S1p=r1s1pe2n2S2p=r2s2s1r2r1pn1n2D=n2r2-n1r1D光程差與相位差的關(guān)系為：光程差與相位差的關(guān)系光程差每變化一個波長，相位差變化則相位差為：光程差為D，相位差為DD即光程差等于波長的整數(shù)倍時，P點(diǎn)有光強(qiáng)最大值即光程差等于波長的半整數(shù)倍時，P點(diǎn)的光強(qiáng)最小兩光波在空間相遇，如果它們在源點(diǎn)發(fā)出時的初相位相同，則光波在疊加區(qū)相遇點(diǎn)的強(qiáng)度將取決于兩光波在該點(diǎn)的光程差或相位差。P點(diǎn)光強(qiáng)有最大值，DDDP點(diǎn)光強(qiáng)有最小值，若在考察時間內(nèi)，兩光波的初相位保持不變，光程差也恒定，則該點(diǎn)的強(qiáng)度不變，疊加區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的強(qiáng)度也不變，則在疊加區(qū)內(nèi)將看到強(qiáng)弱穩(wěn)定的強(qiáng)度分布，把這種現(xiàn)象稱為干涉現(xiàn)象，產(chǎn)生干涉的光波稱為相干光波，其光源稱為相干光源。實(shí)際光波產(chǎn)生干涉必須要滿足一些條件：兩疊加光波的位相差固定不變，光矢量振動方向相同，頻率相同。

兩頻率相同、振動方向相同而傳播方向相反的單色光波的疊加，形成光駐波。

例如垂直入射到兩種介質(zhì)分界面的單色光波與反射波的疊加，便可獲得光駐波。三、

光駐波設(shè)反射面是Z=0的平面，為方便起見，假定界面的反射比很高，可以設(shè)入射波和反射波的振幅相等。入射波和反射波的表示式為是反射時的位相躍變，當(dāng)介質(zhì)2的折射率大于介質(zhì)1時，合成波的振幅為三、

光駐波對于z上的每一點(diǎn)，都是頻率為的簡諧振動，相應(yīng)的振幅隨z而變。合成波的振幅為位相為，與z無關(guān)，表明合成波不在z上傳播，駐波三、

光駐波不同的z值有不同的振幅，但極大值和極小值的位置不隨時間而變。振幅最大值的位置稱為波腹，其振幅等于兩疊加光波的振幅之和，而振幅為