2021-2022学年高二物理竞赛课件：光波及相干条件（12张PPT）

1、光波及相干条件12一、平面电磁波的基本性质电磁波是横波 三者满足右手螺旋关系 的振幅成比例 的振动同相位，4. 电磁波的传播速度 真空31. 能流密度矢量 单位时间内通过边界面上单位面积流动的电磁能， 也称坡印亭（J.H.Poynting）矢量二、基本概念 瞬时能流密度一个周期平均能流密度（即辐照度）2. 光强3. 折射率4. 光程: 光传播的几何路程与与所在介质折射率的乘积大多数实际问题只对光场中光强的相对强度感兴趣4三、波动的数学描述1. 平面波沿x方向传播到P(x)， P 点振动可写为原点机械振动根据光波的电磁性质， 光与物质相互作用时， 物质中的带电粒子受到的电磁力电矢量起主要作用所以

2、用电矢量的振动代表光振动 单色平行光可看作平面简谐波，设一束单色平面波沿 方向传播到 点, 则P点落后原点O的位相为O52. 球面波：从点光源发出的光在各向同性介质中传播时， 其波面或等相面是以点光源为球心的球面为r = 1（单位长度）时对应的振幅设点光源在原点， 则它引发的空间任一点 的振动为6球面光波复数形式复振幅 3. 波动的复数表示平面光波复数形式 或习惯写法复振幅复振幅包含所有信息复振幅的模光强 辐角相位 单色简谐波各场点复波函数中的时间因子 都相同，可以舍去，只讨论复振幅 复振幅的矢量形式 7四、光程(optical path)真空中介质中由得所以 此式表示，光在折射率为n的介质中

3、传播 x 路程所引起的相位变化,与在真空中传播nx的路程所引起的相位变化相同。因此，把光传播的路程与所在介质折射率的乘积定义为光程。 一般式两式相比得光在多种介质中传播，总光程等于各段光程之和8五、相干条件(coherent condition)1.频率相同 2. 振动方向相同 3. 相位差恒定对于光波，上述条件仍然有效P点光强对于两列机械波，相干条件为设两列同频率 光波分别由S1、 S2出发，分别传播了r1、r2到P点相遇， 用复振幅的矢量形式表示P点合振动9P点相位差 当cos 0时 I I1 + I2 当cos 0时 I I1 + I2 相遇处的光强 I I1 + I2 与它们之间的相位

4、差有关： 当cos =1， 时， Imax =4I1 当cos = -1， 时， Imin =0 由光波的叠加而引起光强重新分布的现象，称为光的干涉。 干涉项干涉项不为零的叠加，称为相干叠加10 频率相同 光矢量不垂直， 存在互相平行的振动分量 具有固定的相位关系如果则干涉项=0总结相干条件：要使干涉项0 ， 必需 若两列波由光源上的同一点发射，经不同路径后相遇产生相干叠加，光强决定于两波光程差光程差则二者具有相同初位相若两列波来自两个独立的光源或同一光源上的不同两点 11一般探测器（如人眼）对光的响应时间两列光波各自包含大量的波列，每个波列对应一次原（分）子发光，发光是间歇、随机的，每次发光持续时间各波列之间没有固定的初位相关系人眼所能记录的光强是 I (P) 在时间 的平均值两列波的初位相差 若两列波来自两个独立的光源或同一光源上的不同两点 互相无关，在观测时间 内几率均等地经历了 之间的所有可能数值，产生非相干叠加12四、获得相干光波的方法(1) 分波前法：当从同一点光源或线光源发出的光波到达某个平面时，由该平面上分离出两部分，发生干涉。 如杨氏双缝干涉 (2) 分振幅法 利用反射、折射等方法，使光源上同一点发射的频率相同光波分成两部分后再相遇，产生干涉。 如薄膜干涉和迈克耳孙干涉 (3) 分振动面法 偏振光干涉，