波的独立性叠加性和相干性ppt课件.ppt

本章主要内容 光是电磁波 光的波动特征之一 干涉 第1章光的干涉 1 1 1波的独立性 叠加性和相干性 一 光是电磁波 依据 在19世纪70年代 麦克斯韦首先根据电磁场理论推导出电磁波方程 波速为 2 在真空中 与实际测得的光速十分接近 于是麦克斯韦大胆地假设光也是电磁波 在介质中 定义 此式将光学和电磁学这两个不同领域中的物理量联系起来 3 在光频段 即折射率是简谐光波在真空中的波长与它在介质中的波长之比 4 得简谐平面波的波动方程 二 电磁波波动方程的解 由 5 或 6 三 电磁波是横波 理论和实验均证明 电磁波是横波 并且对人眼起感光作用的是电场强度矢量 即是两两正交的 7 电磁波谱 8 电磁波的传播过程是电磁场在空间的输运过程 描述场能输运情况的物理量是能流密度矢量 方向是场能运动方向 大小等于每秒钟通过单位截面积的场能 亦称为电磁波强度 光强 9 对光进行检测时 只检测其检测时间内的平均值即有实际意义的是的平均值 可见 人眼的视网膜或光探测器 利用光电效应 光热效应和波相互作用效应的器件 诸如光电管 CCD 电荷耦合器 所检测到的光的强弱都是由能流密度的大小来决定的 10 可见 在波动光学中 常把振幅的平方所表征的光的辐照度称为光强度 即 这里应理解为相对强度 其值与所在处介质的折射率有关 11 五 波动的基本性质 1 独立性 几列波相遇于同一区域时 各自保持自己的特性 按照自己原来的传播方向继续前进 12 2 叠加性 在相遇区域内 介质质点的合位移是各波分别单独传播时在该点所引起的位移的矢量合 叠加原理 叠加原理表明 任何复杂的波可以看成是一系列简谐波的叠加 光波的叠加原理是波动光学的基本原理之一 13 14 相干条件 振动方向相同 频率相同 相位相同或相位差恒定 相干波 满足相干条件的几列波称为相干波 相干波源 能发出相干波的波源称为相干波源 六 光波的干涉 如果两波频率相同 在观察时间内波动不中断 而且在相遇处振动方向几乎沿着同一直线 那么它们叠加后产生的合振动在有些地方加强 在有些地方减弱 这一强度按空间周期性变化的现象称为干涉 15 干涉现象的强度分布 16 光波干涉现象 17 七 相干与不相干的区别 光波的叠加 电磁振动的叠加 设两简谐振动的方程为 叠加 合振幅 18 合振动的平均相对强度为 合振幅 合振动的初相位 19 讨论 若在观察时间内 两电磁振动各自继续进行 并不中断 则始终保持不变 即相位差恒定 与时间无关 这时有 于是合振动的平均强度为 干涉项 20 当时 此时合振动最强 称为干涉相长 当时 此时合振动最小 称为干涉相消 则 则 相干叠加的结果 相干叠加的极值条件 21 当时 则且 22 则 于是合振动的平均强度为 合振动的平均强度等于分振动强度之和 若在观察时间内 振动时断时续 经历之间的一切可能值 概率均等地在观察时间内多次经历从之间的一切可能值 非相干叠加 23 结论 在几乎同一直线上的 同频率的两个电磁振动叠加时 会产生两种结果 则产生相干叠加 通常称 频率相同 振动方向几乎相同 相位差保持不变为相干条件 则产生不相干叠加 可见 相干与不相干只是不同情况波的叠加的具体表现 24 特别指出 只要两个振动不垂直