§1-1电磁理论等.ppt

1、任课教师: 何 英 Office:G401 Tel:66132523 E-mail: ,光学教程,参考教材： 1.基础物理学下册 同济大学出版社 2.思考题解答和拓展高教出版社 3.基础光学李良德 中山大学出版社 4.光学 赵凯华 高教出版社 物理光学演示实验室：GJ303,第一章 光的干涉 1-1 光的电磁理论 1865 麦克斯韦预言: 光是电磁波 1888 赫兹实验证实: 真空中电磁波以光速传播,一.平面电磁波性质： 在均匀、各向同性、 无限充满的介质中:,1.振幅关系：,3.横波性：,E、H、u 两两垂直, 三者成右旋关系.,2.相位关系: E与H同相.,4.偏振性: E与H都在各自的平

2、面内振动.,复指数形式:,平面电磁波性质：,位相传播速度:,真空：,折射率定义:,与介质的电磁性质有关(极化、磁化),线性光学：,均匀、各向同性、线性介质:,色散:,光矢量E : 维纳实验证明: 视觉、感光作用E,二.可见光: 真空中:,决定色觉(颜色),三.光强（光的能流密度对时间的平均值）,1-1 波的独立性、叠加性和相干性,一.波的独立性、叠加性,现象: 传播的独立性; 相遇区域的叠加性 原因: 线性方程 干涉: 波动的基本特征之一 相干波: 有同向分量、同频、在相遇点两 分振动的相位差恒定,二.相干与非相干叠加,对每列连续光波:,时,有:,在观察时间,时,1.相干:当,干涉级次,干涉相

3、长,干涉相消,时:,2.非相干: 在 时间内,若 在02 均匀分布,非相干光强,注意: 1.叠加原理瞬时成立, “相干与非相干”是对时间的平均效应. 2.以后以,相干时的最大时间平均光强：,结论: 对n 个同频率、同方向、同振幅光振动的叠加:,非相干时的平均光强：,相位差:,在介质中的波长,折算 成真空中波长的关系.,1-2 由单色波叠加所形成的干涉花样,一.光程差和相位差,光在介质中传播距离r 折算成真空中的长度?,1. 光程,2.光程差,光程,3. 成象的等光程性,结论:用透镜观测干涉现象时, 不会引入附加的光程差.,二.杨氏双缝干涉,1.实验装置,透镜,2. 规律及讨论,由几何关系得：,

4、屏上P点处, 两光波 的光程差应满足:,时:,干涉相长,干涉相消,暗条纹中心,2.相邻明(暗)条纹中心间距：,y正比于波长;反比于d,讨论:/,3.杨氏双缝的光强分布,明条纹中心,1.明暗条纹 中心坐标:,习题:1,2,3,4.角距离 :,相邻明(暗)条纹中心间隔:,5. 复色光入射,各单色干涉条纹的非相干叠加形 成彩色光谱带.,即当:,越小,发生重级的级次越高.,可见光:,7.光谱带在屏幕上y 处发生重级时,光程差应满足:,时,发生重级,或,j=1不重级,8.杨氏双孔干涉花样的空间分布,一.普通光源发光特征 大量原子跃迁,辐射的电磁波列互不相关; 持续时间很短.,1-3 分波面双光束干涉,1

5、.非单一频率.“白光”,特点:随机性和间歇性,一段非连续周期函数可展开为无限多个 振幅、频率不同的连续函数的叠加.,2.各波列E矢量振动方向各向机会均等. “自然光”,3.每次辐射的波列长度有限. L=c t,“傅立叶级数”展开,2.分振幅法(分能量法): 薄膜干涉,杨氏双缝、双孔、菲涅耳双镜、洛埃镜,1.分波振面法：,三.几种典型的分波面干涉法 杨氏双缝（孔） 注意：“缝”或“孔”本身线度未考虑 理想的“点”或“线”光源. 菲涅耳双面镜 劳埃德镜 “类杨氏双缝”,菲涅耳(A.J.Fresnel)双镜实验,C,M,s,1,s,2,1,M,2,*,*,1,1,屏,a,菲涅耳(A.J.Fresne

6、l)双镜实验,C,M,s,1,s,2,1,M,2,*,*,2,2,屏,a,菲涅耳(A.J.Fresnel)双镜实验,C,M,s,1,s,2,1,M,2,*,*,1,1,2,2,屏,a,菲涅耳(A.J.Fresnel)双镜实验,虚光源,A,B,C,M,s,1,s,2,1,M,2,*,*,1,1,2,2,屏,a,菲涅耳(A.J.Fresnel)双镜实验,明条纹中心位置:,暗条纹中心位置:,劳埃(H.Lloyd)镜实验,问题：,劳埃(H.Lloyd)镜实验,表明:光波在镜面反射时有 相位突变.,注意：j 的取值范围. 在维纳实验中: 乳胶片边缘为暗,对应“光驻波”波节. 说明光在光密介质表面反射时,同样存在 的 位相突变,或“半波损失”,习题:11,2,3 /4,6,若d=0.2mm,r0=1.0m,第二条明纹中心到中央 明纹中心距离为6.0mm. =? y=?,600nm,3.0mm,练习:,s2缝上覆盖的介质厚 度为h,折射率为n,入射光 的波长为 .求: 1.原零