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1、1第第1 11 1章章 光的電磁理論基礎(chǔ)光的電磁理論基礎(chǔ)1. 1. 波動(dòng)方程及光波的表達(dá)式波動(dòng)方程及光波的表達(dá)式 1)波動(dòng)方程的由來、表達(dá)式、式中的物理意義 222222EE0BB0tt0011vc 00;rr rrnc v 2 2)光波的表達(dá)式(屬于波動(dòng)方程的解) 平面波解 簡諧波解(三角形式、矢量形式、復(fù)數(shù)形式) )(tvzfE)(costvzAE)cos()(2costkzAETtzAEtzyxkAEtAEcoscoscoscos)rkcos()rk(exptiAEexpEAik r3 球面波解 柱面波解 )exp(),exp(ikrrAEikrrAE會聚的球面波:發(fā)散的球面波:)exp
2、(),exp(ikrrAEikrrAE會聚的柱面波:發(fā)散的柱面波:exp ()AEi k rtrexp ()AEi krtr4 3)光波參數(shù)之間的關(guān)系 4)平面波的性質(zhì)(3條)2. 2. 了解電磁場的連續(xù)條件和菲涅爾公式了解電磁場的連續(xù)條件和菲涅爾公式3. 3. 了解吸收、色散、散射的定義、散射的種類了解吸收、色散、散射的定義、散射的種類(4(4種種) )和它們的相關(guān)公式(朗伯定律、比爾定和它們的相關(guān)公式(朗伯定律、比爾定律、柯西公式等)律、柯西公式等) ckvkncTvTT/2 ,/2 ,/, , ,/2200005物質(zhì)對光的一般吸收規(guī)律物質(zhì)對光的一般吸收規(guī)律柯西公式(適用于正常色散)柯西公
3、式(適用于正常色散)24BCnA6散射分類及其基本性質(zhì)散射分類及其基本性質(zhì)74. 4. 光波的疊加光波的疊加 1)會用光波的表達(dá)式計(jì)算光波疊加后的表達(dá)式并分析疊加波的性質(zhì) 2)掌握四種不同條件下光波疊加后形成的物理現(xiàn)象、合成波表達(dá)式及其性質(zhì)(見表)8光波的疊加光波的疊加在疊加區(qū)域出現(xiàn)穩(wěn)定的光強(qiáng)強(qiáng)弱分布現(xiàn)象補(bǔ)充條件補(bǔ)充條件9第第1 12 2章章 光的干涉和干涉系統(tǒng)光的干涉和干涉系統(tǒng)1.1.干涉及干涉條件干涉及干涉條件 1)什么是干涉 2)干涉條件(3條+補(bǔ)充) 2.2.楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉 1)干涉性質(zhì):分波前的干涉 2)實(shí)驗(yàn)裝置10 3)干涉公式及條紋性質(zhì) 光程差 條紋亮暗條件 條紋間隔和
4、影響因素 條紋形狀和意義2cos4cos2200212121IIIIIIIIII則:設(shè)xDdDxdrrxdrr2221212為暗條紋時(shí)當(dāng)為亮條紋;時(shí)當(dāng) ,)21( , dDmxdDmxe113. 3. 條紋的可見度條紋的可見度 1)定義及公式 2)條紋可見度的影響因素:(振幅比、光源寬度、光源單色性) 3)臨界寬度和允許寬度: 臨界寬度 允許寬度(臨界寬度的1/4) )()(mMmMIIIIK)cos1)(21KIII cb12 4)什么是空間相干性?干涉系統(tǒng)不變量的含義是什么? 5)相干長度、相干時(shí)間、時(shí)間相干性的概念是什么? debc干涉系統(tǒng)不變量2max最大光程差: 12maxttc13
5、4. 4. 平行平板的雙光束干涉平行平板的雙光束干涉 1)定域面位置 2)干涉裝置143)干涉條紋性質(zhì) 等傾條紋(同心圓環(huán)) 條紋級次(中心級次高,邊緣級次低) 條紋的角半徑 條紋間隔非線性 反射光與入射光互補(bǔ)qNhnn11 1Nsin2 121fhnndfe 22 2cosnh155. 5. 楔形平板的雙光束干涉楔形平板的雙光束干涉 1)定域面位置(只考慮垂直照射情況) 2)干涉裝置163)干涉條紋性質(zhì) 等厚條紋(等間隔的平行于楔棱的直條紋) 兩條紋間對應(yīng)的厚度變化 楔角 局部高度的變化nh2neeh2eenH2 2 2nh176. 6. 典型的雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用典型的雙光束干涉系統(tǒng)及其
6、應(yīng)用 1)了解各種干涉儀器(包括斐索、邁克爾遜、泰曼、馬赫-澤德等干涉儀)的結(jié)構(gòu)、工作原理、明確形成干涉的雙光束來源、條紋性質(zhì) 2)會用雙光束干涉原理解決實(shí)際問題187. 7. 平行平板的多光束干涉平行平板的多光束干涉 1)多光束干涉 條件:平行平板上鍍高反膜 裝置 干涉條紋性質(zhì)(透射場、同心圓環(huán)、中間疏邊緣密、條紋亮暗、銳度和精細(xì)度)2242cos,cosnhnh)()()(2sin11 ,2sin12sin 222FIIFFIIitir19z條紋亮暗z條紋銳度z條紋精細(xì)度)2( )1 ,12 ,2 minmaxFFKFIImIImItititt(暗條紋:亮條紋:對于透射光變得很小。時(shí),當(dāng)
7、1 124 F122 Fs)( 2sin11 2FIIit透射場光強(qiáng)分布特點(diǎn)透射場光強(qiáng)分布特點(diǎn)202)法布里-珀羅干涉儀 裝置、分類、原理、用途 指標(biāo):自由光譜范圍、分辨本領(lǐng)譜范圍。為標(biāo)準(zhǔn)具常數(shù)或自由光RSRShh22122 ,為條紋精細(xì)度。其中2Fs 97. 0 minmNmsA213)干涉濾光片 結(jié)構(gòu)、原理、用途 指標(biāo):中心波長、透射帶的波長半寬度、峰值透過比;中心波長mnhc2 :1222.hRSmax itII過比,表示為:定義為中心波長處的透224)光學(xué)薄膜 原理、用途 單層增透膜23例例1 1 (平面波的表征、干涉、可見度)(平面波的表征、干涉、可見度)z三個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相三個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同、振幅均為同、振幅均為A A的平面單色的平面單色波在波在yOzyOz平面?zhèn)鞑?,其傳播平面?zhèn)鞑?,其傳播方向如圖所示,它們在方向如圖所示,它們在z=0z=0平面內(nèi)疊加產(chǎn)生干涉,試求平面內(nèi)疊加產(chǎn)生干涉,試求干涉強(qiáng)度分布和條紋對比度,干涉強(qiáng)度分布和條
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