2021-2022学年高二物理竞赛课件：光程及其相干条件.pptx

光程及其相干条件12同一种介质中光强的相对分布同一种介质中光强的相对分布沿沿r方向传播电磁波电场分量表示为方向传播电磁波电场分量表示为 复数形式复数形式或或其中其中（复振幅）（复振幅）矢量形式矢量形式发散球面波发散球面波3光程光程(optical path)真空中真空中介质中介质中由由得得所以所以 此式表示，光在折射率为此式表示，光在折射率为n n的介质中传播的介质中传播x x路程所路程所引起的相位变化引起的相位变化,与在真空中传播与在真空中传播nxnx的路程所引起的路程所引起的相位变化相同。根据这个道理，我们的相位变化相同。根据这个道理，我们把光传播的把光传播的路程与所在介质折射率的乘积路程与所在介质折射率的乘积，定义为，定义为光程光程。两式相比得两式相比得4这表示，当光在多种介质中传播时，总的光程这表示，当光在多种介质中传播时，总的光程L等于光所经过的介质的折射率等于光所经过的介质的折射率ni与相应的路与相应的路程程xi 的乘积之和。的乘积之和。当光在多种介质中传播时当光在多种介质中传播时,总光程表示为总光程表示为为为 现成结论：物点与像点之间各光线的光程现成结论：物点与像点之间各光线的光程都相等，这就是物像之间的等光程性。在使都相等，这就是物像之间的等光程性。在使用透镜或其他的光学仪器成像时，不会引起用透镜或其他的光学仪器成像时，不会引起光程的附加变化。光程的附加变化。5相干条件相干条件(coherent condition)光波也遵循波的独立传播原理和叠加原理。是讨光波也遵循波的独立传播原理和叠加原理。是讨论光波相干叠加的基础。论光波相干叠加的基础。一般波的相干条件：一般波的相干条件：频率相同；频率相同；振动方向振动方向相同；相同；相位差恒定。相位差恒定。此条件对光波的相干也适用。此条件对光波的相干也适用。以下作详细讨论。以下作详细讨论。6设两列同频率的光波由各自的光源设两列同频率的光波由各自的光源发出，分别传播了发出，分别传播了r r1 1和和r r2 2到达相遇到达相遇点点p p，根据叠加原理，它们在相遇，根据叠加原理，它们在相遇点点p p引起的振动应是两列波各自在引起的振动应是两列波各自在该点引起的振动的合成。若用复振该点引起的振动的合成。若用复振幅的矢量形式表示，则点幅的矢量形式表示，则点p p的合振的合振动为动为7P点相位差点相位差相遇处的光强与它们之间的相位差相遇处的光强与它们之间的相位差有关。有关。当当cos 0时时 I I1+I2 当当cos 0时时 I I1+I2 光强等于复振幅的模的平方，或等于复振幅与光强等于复振幅的模的平方，或等于复振幅与其共轭复数的乘积其共轭复数的乘积 。8这种由光波的叠加而引起光强重新分布的现象这种由光波的叠加而引起光强重新分布的现象，称，称为为光的干涉。光的干涉。干涉项干涉项干涉项不为零的叠加，称为干涉项不为零的叠加，称为相干叠加。相干叠加。相干条件：相干条件：频率相同；频率相同；存在互相平行的振存在互相平行的振动分量；动分量；具有固定的相位关系。具有固定的相位关系。两列普通光源发出的光波之间无固定的初相位差。两列普通光源发出的光波之间无固定的初相位差。在观测时间内在观测时间内cos的平均的平均值为值为零，不相干。零，不相干。9光程差光程差因子因子k2 r2-k1 r1对应于两列光波的光程差对应于两列光波的光程差，在相遇在相遇处各点的光强决定于两列光波到达该点的光程差。处各点的光强决定于两列光波到达该点的光程差。具备上述三个条件之后，相遇点的光强只决具备上述三个条件之后，相遇点的光强只决定于干涉项中的定于干涉项中的 k k2 2 r r2 2-k k1 1 r r1 1 这个因子。该因子这个因子。该因子的物理意义如下：的物理意义如下：10(1)分波前法分波前法 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉(2)分振幅法分振幅法 薄膜干涉和迈克耳孙干涉薄膜干涉和迈克耳孙干涉 (3)分振动面法分振动面法 偏振光干涉偏振光干涉 可以利用光学系统可以利用光学系统将同一列光波分解为两部分将同一列光波分解为两部分，让，让它们通过不同的路径后又重新相遇，实现同一波列它们通过不同的路径后又重新相遇，实现同一波列自身相干涉的目的。自身相干涉的目的。一般认为，对光波而言相干条件中第三条难于一般认为，对光波而言相干条件中第三条难于满足。这是由普通光源发光机理所决定了的。满足。这是由普通光源发光机理所决定了的。分解光波的方法有三种：分解光波的方法有三种：11波阵面分割法波阵面分割法*光源光源振幅分割法振幅分割法12 在激光光源中，所有发光的原子或分子都是步在激光光源中，所有发光的原子或分子都是步调一致地动作，所发出的光具有高度的相干稳调一致地动作，所发出的光具有高度的相干稳定性。从激光束中定性。从激光束中任意两点引出的光任意两点引出的光都是相干都是相干的，可以方便地观察到干涉现象，因而不必采的，可以方便地观察到干涉现象，因而不必采用上述获得相干光束的方法。用上述获得相干光束的方法。以上内容仅适用于普通光源。以上内容仅适用于普通光源。