同学们好！
大学物理
第 2页 共 19页
上讲内容,
一、偏振现象
二、光的偏振态
三、起偏方法及规律
偏振,波振动对传播方向非对称分布
区分横波和纵波的标志
利用光在两种介质界面上的反射和折射
利用光在各向异性介质中的传播：偏振片，双折射
? 马吕斯定律
? 布儒斯特定律
大学物理
第 3页 共 19页
1)光在晶体内沿光轴传播，无双折射。
传播方向相同。
光有相位差，、并垂直于光轴入射,eOi,0)2 ?
3) 其余情况均得两束分开的线偏振光。
双折射起偏
4,散射起偏
四、检偏方法及规律
方法,旋转检偏器，观测出射光强的变化情况
大学物理
第 4页 共 19页
第三节 光的干涉
干涉、衍射本质：波的叠加
一、光波的相干叠加
1,光波叠加原理
对于不太强的光,当几列光波在传播过程中相遇时，
相遇区域每一点的光矢量等于各列波单独传播时在该
点的光矢量的 矢量和。
????? i iEEEE ????? 21
S1
S2
P
r1
r2
注,光强不太强意味着各向同性介质的极化强度
与光矢量 存在线性关系 。 E? EP ??
0???
P?
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第 5页 共 19页
2,光的相干叠加
? 光强分布,????? co s2
2121 IIIII
干涉项
????
12
12 π2
rr ?????
相同, ? 相干条件
振动方向相同
频率相同
相位差恒定
21 ?? ?若
??? 21 rr?
?k
2)12(
??k
相长
相消
?2,1,0 ???k
π)12( ?k
相长
相消 ?2,1,0 ???k???
kπ2?
光与机械波相干性比较
大学物理
第 6页 共 19页
不同, 机械波波源与光波波源特征不同
容易满足
相干条件
难以满足
相干条件
一般光源的发光机制,被激发到较高能级的原子跃
迁到低能级时，辐射出多余能量。
不同原子发光、或同一原子各次发光
频率
振动方向
初相
具有随机性
不满足相干条件
两普通光源、或同一光源的不同部分、或同一光
源同一部分不同时刻发出的光波是不相干的。
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第 7页 共 19页
3,光程、光程差
????
12
12 π2
rr ?????
时当 12 ?? ?
??
21π2 rr ???
)π(2π2 21 ???? ?????? ddrr
如何简化？
相干光在相遇点 P 叠加的合振动强度取决于两分
振动的相位差。
P S1
S2
r1
r2
P S1
S2
r1
r2
d
n
大学物理
第 8页 共 19页
折合原则,在引起光波相位改变上等效。
介质中 x 距离内波数,
??
x
真空中同样波数占据的距离
nx
u
c
x
u
cxx
????
?
??
?
?
??
?
介质折射率
思路, 设法将光在介质中传播的距离折合成光在真空
中的距离,计算。统一使用
真空?
真空 介质
2? 2??
?? =4? ?? =4?
x?
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第 9页 共 19页
结论, 光在折射率为 n 的介质中前进 x 距离引起
的相位改变与在真空中前进 nx 距离引起的相位改变
相同。
光程差,等效真空光程之差
2211 rnrnΔ ??
统一为,
????
Δπ2
12 ????
光程差
真空中波长
定义,介质折射率几何路程光程 ??
等效真空程
若
21 ?? ?
??
Δπ2??
?Δ
?k
2)12(
??k
明
暗
?2,1,0 ???k
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第 10页 共 19页
常见情况,
?光由光疏介质射到光密介质界面上反射时附加
光程2?
? 薄透镜不引起附加光程 (物点与象点间各光线等光程 )
证明请参看理科光学教程
(证明参看 姚启均,光学教程” P.37)
折射率 n较小 n较大 （半波损失）
? 真空中加入厚 d 的介质、增加 (n-1)d 光程
dndnd )1( ???
d
n
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第 11页 共 19页
4,从普通光源获得相干光
思路, 将同一点光源、某一时刻发出的光分成两束，
再引导其相遇叠加。
? 分波阵面法,
将同一波面上两不同
部分作为相干光源
S*
S1
S2
将透明薄膜两个面的反射
（透射）光作为相干光源
?分振幅法 (分振幅 ~分能量 ),
e
s ?
1n
2n
1n
1
P
b
2
3
a c
P?
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第 12页 共 19页
二、分波面干涉,*空间和时间相干性
? 装置,
1,杨氏双缝干涉
?明暗纹条件,
D
xddrrΔ ???? ?s i n
12
D
d S
r1
r2 ?
dsin?
?
P
x
O
Dd ??
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因为
所以
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第 13页 共 19页
? 明暗纹条件,
D
xddrrΔ ???? ?s i n
12
?,2,1,0?k
?x
?dkD?
2)12(
????
d
Dk
明
暗 ?,2,1?k
k 取值与条
纹级次一致
r1
r2 ?
dsin?
?
P
x
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S1
S2
单缝
双缝 ?1= ?2
D
?k?
2)12(
??? k
明
暗
?,2,1?k
?,2,1,0?k?Δ
大学物理
第 14页 共 19页
? 条纹特点
S *
形态,平行于缝的等亮度、等间距、明暗相间条纹
1m a x 4 II ? 0min ?I
条纹亮度,
?dDx ??条纹宽度,
S1
S2 *
*
大学物理
第 15页 共 19页
:一定,Dd ??? x 紫红 xx ???
:一定? Dx ??
dx
1?? 双缝间距越小，条纹越宽
条纹变化
S *
白光照射双缝,
零级明纹,白色
其余明纹,彩色光谱
高级次重叠。
大学物理
第 16页 共 19页
练习 用白光光源进行双缝干涉实验，求清晰可辩光谱的级次。
:? oA7000~4000
零级 二级 一级 三级
最先重叠,
相同某级红光和高一级紫光 Δ
紫红 ）（ ?? 1??? kkΔ
31
40007000
4000 ??
?
?
?
?
紫红
紫
??
?k
未重叠的清晰光
谱只有一级。
大学物理
第 17页 共 19页
2,其他分波阵面干涉 (P157)
? 菲涅耳双棱镜
S
E A
A?
S1
S2
d
? 菲涅耳双面镜
大学物理
第 18页 共 19页
? 洛埃镜
注, (1) 干涉条纹只存在于镜上方。
(2) 当屏移到镜边缘时，屏于镜接触点出现暗条
纹 — 光在镜子表面反射时有相位突变 π。
大学物理
第 19页 共 19页
练习, P.199 15-7
m1006
141
104805
1
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上讲内容,
一、偏振现象
二、光的偏振态
三、起偏方法及规律
偏振,波振动对传播方向非对称分布
区分横波和纵波的标志
利用光在两种介质界面上的反射和折射
利用光在各向异性介质中的传播：偏振片，双折射
? 马吕斯定律
? 布儒斯特定律
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1)光在晶体内沿光轴传播，无双折射。
传播方向相同。
光有相位差，、并垂直于光轴入射,eOi,0)2 ?
3) 其余情况均得两束分开的线偏振光。
双折射起偏
4,散射起偏
四、检偏方法及规律
方法,旋转检偏器，观测出射光强的变化情况
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第三节 光的干涉
干涉、衍射本质：波的叠加
一、光波的相干叠加
1,光波叠加原理
对于不太强的光,当几列光波在传播过程中相遇时，
相遇区域每一点的光矢量等于各列波单独传播时在该
点的光矢量的 矢量和。
????? i iEEEE ????? 21
S1
S2
P
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注,光强不太强意味着各向同性介质的极化强度
与光矢量 存在线性关系 。 E? EP ??
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2,光的相干叠加
? 光强分布,????? co s2
2121 IIIII
干涉项
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12
12 π2
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相同, ? 相干条件
振动方向相同
频率相同
相位差恒定
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光与机械波相干性比较
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不同, 机械波波源与光波波源特征不同
容易满足
相干条件
难以满足
相干条件
一般光源的发光机制,被激发到较高能级的原子跃
迁到低能级时，辐射出多余能量。
不同原子发光、或同一原子各次发光
频率
振动方向
初相
具有随机性
不满足相干条件
两普通光源、或同一光源的不同部分、或同一光
源同一部分不同时刻发出的光波是不相干的。
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3,光程、光程差
????
12
12 π2
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时当 12 ?? ?
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21π2 rr ???
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如何简化？
相干光在相遇点 P 叠加的合振动强度取决于两分
振动的相位差。
P S1
S2
r1
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P S1
S2
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折合原则,在引起光波相位改变上等效。
介质中 x 距离内波数,
??
x
真空中同样波数占据的距离
nx
u
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介质折射率
思路, 设法将光在介质中传播的距离折合成光在真空
中的距离,计算。统一使用
真空?
真空 介质
2? 2??
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结论, 光在折射率为 n 的介质中前进 x 距离引起
的相位改变与在真空中前进 nx 距离引起的相位改变
相同。
光程差,等效真空光程之差
2211 rnrnΔ ??
统一为,
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光程差
真空中波长
定义,介质折射率几何路程光程 ??
等效真空程
若
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2)12(
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明
暗
?2,1,0 ???k
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常见情况,
?光由光疏介质射到光密介质界面上反射时附加
光程2?
? 薄透镜不引起附加光程 (物点与象点间各光线等光程 )
证明请参看理科光学教程
(证明参看 姚启均,光学教程” P.37)
折射率 n较小 n较大 （半波损失）
? 真空中加入厚 d 的介质、增加 (n-1)d 光程
dndnd )1( ???
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4,从普通光源获得相干光
思路, 将同一点光源、某一时刻发出的光分成两束，
再引导其相遇叠加。
? 分波阵面法,
将同一波面上两不同
部分作为相干光源
S*
S1
S2
将透明薄膜两个面的反射
（透射）光作为相干光源
?分振幅法 (分振幅 ~分能量 ),
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二、分波面干涉,*空间和时间相干性
? 装置,
1,杨氏双缝干涉
?明暗纹条件,
D
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12
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? 明暗纹条件,
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k 取值与条
纹级次一致
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单缝
双缝 ?1= ?2
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? 条纹特点
S *
形态,平行于缝的等亮度、等间距、明暗相间条纹
1m a x 4 II ? 0min ?I
条纹亮度,
?dDx ??条纹宽度,
S1
S2 *
*
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:一定,Dd ??? x 紫红 xx ???
:一定? Dx ??
dx
1?? 双缝间距越小，条纹越宽
条纹变化
S *
白光照射双缝,
零级明纹,白色
其余明纹,彩色光谱
高级次重叠。
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练习 用白光光源进行双缝干涉实验，求清晰可辩光谱的级次。
:? oA7000~4000
零级 二级 一级 三级
最先重叠,
相同某级红光和高一级紫光 Δ
紫红 ）（ ?? 1??? kkΔ
31
40007000
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未重叠的清晰光
谱只有一级。
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2,其他分波阵面干涉 (P157)
? 菲涅耳双棱镜
S
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S1
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? 菲涅耳双面镜
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? 洛埃镜
注, (1) 干涉条纹只存在于镜上方。
(2) 当屏移到镜边缘时，屏于镜接触点出现暗条
纹 — 光在镜子表面反射时有相位突变 π。
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练习, P.199 15-7
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