大学物理(波动光学)辅导讲义与经典例题解析汇编

2019-02-15 22:44

一.光的干涉

1.光波 光波是某一波段的电磁波,是电磁量E和H的空间的传播.

理解与拓展:

⑴在电磁波中能为人眼所感受的电磁波称为可见光,其波长范围是400760nm,在可见光的范围内,不同波长的光波引起不同的颜色感觉,波长单一的光波称为单色光.

⑵由于对人眼和光学仪器感光起主要作用的是E矢量,故称E为光矢量,习惯上,我们一般用E矢量表示光波的振动.

⑶光波的传播总是伴随着能量的传播,这个过程可以用平均能流密度(在一个周期内的平均值)来描述,称为光波的强度,根据电磁波理论,光波的强度可以表示为

I??2E ?1?2E0 2?式中?、?为光波传播空间介质的介电常数和磁导率,对于平面光波,其强度表示式是 I?通常我们关心的是光波强度的相对分布,这时上述关系式中的比例系数可以取为1。

2.光的干涉

满足一定条件的两束(或多束)光波相遇时,在光波重叠区域内,某些点合光强大于分光强之和,在另一些点合光强小于分光强之和,因而合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布,称为光的干涉现象,光波的这种叠加称为相干叠加,合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布称为干涉条纹,其中强度极大值的分布称为明条纹,强度极小值的分布称为暗条纹.

理解与拓展:

⑴干涉现象的出现,无可辩驳的表明光具有波动性,这个结论可以推广到其他现象:凡有强弱按一定分布的干涉花样出现的现象,都可作为该现象具有波动本性的实验证据.

⑵普通光源发光的特点决定了在现实生活中无法观察到两个普通光源发出的光相遇而产生干涉的现象,必须采用特殊的方法来实现光的干涉,实现相干光的基本思想是将光源发出的各个光波列分别分解成两个子光波列,然后让两个子光波列在同一区域相遇而发生干涉,由于在相遇区域内的两个子光波列是从同一光波列分解出来的,他们的频率和偏振方向完全相同.而在相遇地点的相位差取决于两个子光波列在分开后路程和介质环境,在保证路程和介质环境不变的前提下,在光波相遇处形成稳定的干涉图样,可概括为:同出一点,一分为二,各行其路,合二为一.

⑶获得相干光的一种基本方法称作分阵面法,如图16-1所示的杨氏双缝干涉,双缝S1和S2取自同一个波阵面上的两点,这样入射波的中的任何相位变化都同时传给S1和S2,S1和S2在相遇点的相位要变一起变,于是可以保证相位差恒定,因而能产生干涉.

⑷获得相干光的另一种基本方法称分振幅法,如图16-2所示的薄膜干涉,是把同一光

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