17.1光波、光源、光的相干和非相干叠加
2 光程差与相位差的关系 假设有两个频率为 的相干光源 S1和 S 2 , 初相相同, 其振动方程为
E1 E10 cos(2t )
E2 E20 cos(2t )
在相遇点引起的分振动为：
E1P E10 cos[2 (t
1
2 P
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四 相干条件 1 必要条件: 两光波的频率相同、振动方向相同或有 相同的振动分量、在相遇点有恒定的相差 2 充分条件： 两光波到达相遇点的光程差不能太大、 在相遇点的光振动矢量的振幅相差也不能 太大
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五 光程、光程差、光程差和相位差的关系 1 光程: 光在介质中走过的路程 r 和介质折射 率 n的乘积,即nr c r nr r c v v 介质中光通过某一几何路程的光程等于在 相同时间内光在真空中通过的路程 采用光程的概念,相当于把光在不同介质 中走的路程折算为光在真空中的路程,这样 便于比较光在不同介质中所走路程的长短
622—597
597—577 577—492 492—470
蓝
紫
7.0
7.3
430
410
470—455
455—390
2
i
L 3
1
A

P
C 4 E 5
B
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要使从同一波列分离出来的两列波能够 重叠并发生干涉,两个波列到达相遇点的光程 差不能太大. 能够产生干涉现象的最大光程差称为相 干长度,相干长度等于一个波列的长度 氪的一种同位素 Kr 38发出的红光的波列 长度为700 mm ,氦氖激光器产生的激光的相干 长度,从理论上可达几十公里
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一 光的电磁理论 1 光速c 真空中的光速
c
1
1
0 0
c 2.998 10 m.s
8
光在介质中传播的速度为
v 1


c
r r
cv
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r E E 0 cos (t ) v 平面电磁波方程 r H H 0 cos (t ) v 光波是横波,具有偏振性
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三 获得相干光源的方法 1 分波阵面法 它是将同一波阵 面上两个不同部 分作为相干光源. 如: 杨氏双缝, 洛埃镜， 菲涅耳双镜等
波阵面分割法
s1
光源 *
s2
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2 分振幅法 它是将透明薄膜两 个面的反(或透)射 光作为两个相干光 源 如:薄膜干涉 迈克耳孙干涉仪
2 折射率 n
是光在真空中的波长
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二 光源及其发光特点 1 光源 能发出一定波长范围的电磁辐射的物体 2 光源的分类 (1) 根据物体辐射的频率来分 (2) 根据发光的方法来分 热光源:白炽灯,太阳 冷光源:化学发光(磷氧化时发光) 电致发光(霓虹灯、闪电) 光致发光(日光灯)
光矢量: E 矢量能引起人眼视觉和底片 感光,叫做光矢量. : 400 ~ 760nm 可见光的范围 14 14 : 7.5 10 ~ 4.3 10 Hz
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光在真空中的速率 c与在介质中的速率 v 之比,称为该介质相对于真空的折射率,简称 折射率 c n v v c c n n n
E2 P E20 cos[2 (t r2
S1
r1 n1
P
1
r1
) ]
) ]
S2
r2 n2
2
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在两列波在 P点的相位差为： r2 r1 2 ( ) 2 1 2 1 n1 n2
2 ( r2 r1 ) 2 n2 r2 n1r1 2 2 1
六 薄透镜的性质
透镜不引起附加的光程差
A o B
A
F
焦平面
F
'
B
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可见光的频率、波长范围 颜色
红
中心频率 (×1014Hz)
4.5
中心波长 ( nm )
660
波长范围 ( nm )
780—622
橙
黄 绿 青
4.9
5.3 5.5 6.5
610
570 540 480
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3 普通光源发光的特点 普通光源发光特点: 原子发光是断续的, 每次发光形成一个短短的波列,各原子每次发 光相互独立,各波列互不相干.
最显著的特点:间歇性和随机性
每个原子发光的持续时间很短,约为109 s 发出的波列长度只有0.1m 的数量级,并且各 个波列的振动方向,频率和相位一般是不相 同的
其中 : n2 r2 n1r1 为光程差(注意其计算)
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3 干涉条件 干涉加强:
2
2 k

2

2k 或
k (k 0,1,2...)
2
干涉减弱:
( 2k 1)

2

(2k 1) 或
(k 0,1,2...)
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讨论
光程差变化的常见情况
(1)真空中加入厚 d 的介质、产生附加光程差
d
n
r
[( r d ) nd ] r (n 1)d
(2)光由光疏介质(n较小)射到光密介质(n较 大)界面上反射时附加 2 光程差
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