光学精品电子教案(1)

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1、光的干涉第一章第1.1节光的电磁理论一、光是某一波段的电磁波1.在真空中电磁波的传播速度:EH3.可见光的波长范围和频率范围。（真空中）2.折射率连接光学和电磁学的桥梁。λ390~760nmυ7.5×1014~4.1×1014Hz二、光波是横波（振向和传向垂直）单色波源振动传到P点：红外紫外——圆频率）——波速A——振幅——初相位实验证明：对人眼视觉和感光仪器起作用的主要是光的振动部分，所以，一般用电振动矢量来代表光的振动。（光在不同介质中，光速不同，但频率不变，所以波长变，波长一般指真空中的波长。介质中真空中三、光的强度为描述方便，取相对光强复习：谐振动的

2、旋转矢量表示法t=0：t时刻参考圆振幅矢量逆时针旋转OPS2·S1·r2r1波源振动(1)在P点相遇：S1P=r1S2P=r2(2)1.P点总振动EP=E1P+E2P=A（3）式中A有三种求法用旋转矢量法最简单：如图A为合振动的总振幅（4）（余弦定理）为合振动的初相位（5）（3）（1）瞬时光强Ⅰp=A2但我们关心的是在观察时间内的平均光强，τ为观察时间或称响应时间（2）平均光强(3)非相干迭加：当位相差随时间变化时，在观察时间内取遍-1~+1之间的所有值，平均值为零。∴Ⅰp=Ⅰ1+Ⅰ2普通光源的非相干迭加。（4）相干迭加：当位相差=恒量，不随时间变化。2.P

3、点的光强与相干迭加∴干涉项不为零，光强的大小取决于相位差3.干涉的定义：在多个波迭加的区域内，有些地方振动始终加强，而有些地方的振动始终减弱（与时间无关），这一强度按空间周期性变化的现象称为干涉。这种不均匀分布的图样称干涉条纹。4.相干条件频率相同、振动方向相同、相位差恒定两列波有相互平行的电振动分量，即:当两列波的振幅相等时，干涉现象最明显。两列波的频率相等。常量，两列波的初相位差恒定。=常量05.光强极大和极小的条件干涉相长干涉相消光强随相位差的分布曲线注：如果P点两振动的振幅不等，则：IImaxImino2-24-46.光程差和相位差

4、（1）光程光程差在介质中传播的波长与真空中波长的关系光程定义：光波在介质中所经历的几何路程l与介质折射率n之积nl。其物理意义为：在光波在介质中所经历的相同时间内，光波在真空中传播的距离。…………n1n2nml1l2lm光程有可加性L=(nili)光程差与位相差（同频率光源）：(2)光程差用光程差表示光强极大极小一般空气的n1，成像的等光程性(费马原理)透镜或透镜组在光路中不会带来附加的光程差。以后讨论问题就从光程差入手AF和CF在空气中传播距离长，在透镜中传播的距离短BF则相反AF、CF和BF的光程相等，它们会聚在F点，形成亮点：光在真空中的波长光

5、程差：相位差：一、惠更斯原理论述：媒质中波动传到的各点都可以看作是新的次波源，这些新波源发射的波称为子波，其后任一时刻这些子波的包络面就是该时刻的新波阵面第1.3节分波面法产生的干涉球面波波阵面波射线波阵面波射线平面波球面波平面波二、杨氏双缝干涉(1801年)（1）实验原理So缝屏缝屏接收屏暗条纹以中央明纹为对称的明暗相间的干涉条纹S1S2.........................1S2S设缝间距为d，两屏间距为D>>d对任意点P：位相差为：明纹暗纹即：*O点处是中央明纹（零级明纹）注：**若P点的光程差则P点为明暗条纹的过渡区干涉极大干涉极小（2）

6、出现明暗条纹的位置（真空中）：P点的坐标（距O点很近）：干涉极大极小的条件干涉极大极小的位置1S2Sx——明条纹——暗条纹——色散D、一定条纹越清晰，反之d大到一定程度，条纹全部集中到屏中心。1S2Sx若白光入射，每一级都是彩色条纹分布（中央极大除外）同一级上（3）条纹特征：相邻两条明（暗）纹的间距：干涉图样是等间距明暗相间条纹。表示P点的强度如何随角变化（即：随位相变化）——干涉极大注：如果P点两振动的振幅不等，则：——干涉极小IImaxImino2-24-4----I1、I2为两相干光单独在P点处的光强若，则明纹光强暗纹光强（4）杨氏实验的

7、另一形式焦平面仍有…明条纹…暗条纹费马原理：从垂直于平行光的任一平面算起，各平行光线到会聚点的光程相等（即透镜不附加光程差）。例1：已知杨氏实验中：=0.55m，d=3.3mm，D=3m。求：（1）条纹间距x。（2）置厚度l=0.01mm的平行平面玻璃于S2之前，计算条纹移动距离及方向。解：（1）（2）设未放玻璃前P为k级极大：1S2S加玻璃后增加了光程差：则：注：若测得x，则可求出n。<0[例2]在杨氏双缝实验中，用折射率n=1.58的透明薄膜盖在上缝上，并用λ=6.32810－7m的光照射，发现中央明纹向上移动了5条，求薄膜厚度解：P点为放入薄

8、膜后中央明纹的位置又因P点是未放薄膜时第N级的位置可