大學(xué)物理波動(dòng)光學(xué)一課件

同學(xué)們好！同學(xué)們好！1第九章波的干涉、衍射和偏振兩條原理波的疊加原理惠更斯-菲涅耳原理三種現(xiàn)象應(yīng)用于光波干涉衍射偏振主要內(nèi)容：第九章波的干涉、衍射和偏振兩條原理波的疊加原理惠更斯-菲2波的干涉、衍射和偏振結(jié)構(gòu)框圖波的疊加原理惠更斯-菲涅耳原理光的干涉光的衍射光的偏振*傅立葉光學(xué)簡(jiǎn)介光的橫波性學(xué)時(shí)：14波的干涉、衍射和偏振結(jié)構(gòu)框圖波的疊加原理惠更斯-菲涅耳原理光3第一節(jié)波的疊加原理干涉一、波的疊加原理?xiàng)l件：波源：線性振動(dòng)波：線性波介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)均線性振動(dòng)當(dāng)幾列波在傳播過(guò)程中相遇時(shí)，相遇區(qū)域每一點(diǎn)的振動(dòng)等于各列波單獨(dú)傳播時(shí)在該點(diǎn)引起的振動(dòng)的矢量和。實(shí)質(zhì)：振動(dòng)的疊加粒子相遇：碰撞，各自運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變。波相遇：相遇區(qū)域合成，然后保持各自特征繼續(xù)傳播。比較：第一節(jié)波的疊加原理干涉一、波的疊加原理?xiàng)l件：波源：線4二、波的干涉——波疊加中最簡(jiǎn)單、重要的特例1、相干條件振動(dòng)方向相同頻率相同相位差恒定(波源初相差穩(wěn)定，介質(zhì)穩(wěn)定）2、干涉現(xiàn)象設(shè)相干波源o2r2r1po1二、波的干涉——波疊加中最簡(jiǎn)單、重要的特例1、相干條件振動(dòng)方5在P點(diǎn)引起的振動(dòng)式中P點(diǎn)的合振動(dòng)o2r2r1po1在P點(diǎn)引起的振動(dòng)式中P點(diǎn)的合振動(dòng)o2r2r1po16令得P點(diǎn)合振動(dòng)強(qiáng)度：干涉項(xiàng)由恒定取決于兩波傳至相遇點(diǎn)的波程差：令得P點(diǎn)合振動(dòng)強(qiáng)度：干涉項(xiàng)由恒定取決于兩波傳至相遇點(diǎn)的波程差7對(duì)空間確定點(diǎn)對(duì)空間不同點(diǎn)相同的點(diǎn)，振動(dòng)強(qiáng)度相同，其集合為雙曲面能量在空間穩(wěn)定的非均勻分布

—干涉現(xiàn)象合振動(dòng)最強(qiáng)（干涉相長(zhǎng)）合振動(dòng)最弱（干涉相消）的位置討論：o2r2r1po1對(duì)空間確定點(diǎn)對(duì)空間不同點(diǎn)相同的點(diǎn)，振動(dòng)強(qiáng)度相同，其集合為雙曲8相長(zhǎng)特例：（1）相長(zhǎng)相消（2）相長(zhǎng)處：相消處：相間排列相消3.干涉相長(zhǎng)和相消的條件相長(zhǎng)特例：（1）相長(zhǎng)相消（2）相長(zhǎng)處：相消處：相間排列相消39練習(xí)：1、是非題(1)兩列不滿足相干條件的波不能疊加(3)兩振幅相等的相干波在空間某點(diǎn)相遇時(shí)，某時(shí)刻該點(diǎn)合振動(dòng)位移既不是兩波振幅之和,又不是零，則該點(diǎn)既不是振動(dòng)最強(qiáng)點(diǎn)，又不是振動(dòng)最弱點(diǎn).兩列波相遇區(qū)域中P點(diǎn)，某時(shí)刻位移值恰好等于兩波振幅之和。這兩列波為相干波.(2)(4)在波的干涉現(xiàn)象中，波動(dòng)相長(zhǎng)各點(diǎn)或波動(dòng)相消各點(diǎn)的集合的形狀為雙曲面族練習(xí)：1、是非題(1)兩列不滿足相干條件的波不能疊加(3)兩10解：干涉相消，合成波即S1

外側(cè)不動(dòng)已知：求:S1S2uupp解：干涉相消，合成波即S1外側(cè)不動(dòng)已知：求:S1S2uu11干涉相長(zhǎng)、合成波思考：兩相干波，振幅相同，沿同一直線向相反方向傳播S1S2uupp干涉相長(zhǎng)、合成波思考：兩相干波，振幅相同，沿同一直線向相反12三、駐波1、駐波的形成條件:

相干波,振幅相等,在同一直線上反向傳播。uu適當(dāng)選擇計(jì)時(shí)起點(diǎn)和原點(diǎn)，使原點(diǎn)處右行波：左行波：三、駐波1、駐波的形成條件:相干波,振幅相等,在13

a、c、e、g...始終不振動(dòng)A=0，稱波節(jié)

o、b、d、f...振動(dòng)最強(qiáng)稱波腹其余點(diǎn)合成波：振幅隨x變化a、c、e、g...始終不振動(dòng)A=0，稱波節(jié)o、b、d142.

特征(1)波線上各點(diǎn)振幅不等，不是后一質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。(2)振幅最強(qiáng)波腹振動(dòng)相消

A=0位置：波節(jié)2.特征(1)波線上各點(diǎn)振幅不等，不是后一質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前15由得波節(jié)位置：求波腹和波節(jié)的位置得波腹位置：解：例：上圖中合成波：由得波節(jié)位置：求波腹和波節(jié)的位置得波腹位置：解：例：上圖中合16(3)相鄰波節(jié)之間各點(diǎn)同相同一波節(jié)兩側(cè)的點(diǎn)反相穩(wěn)定的分段振動(dòng)(4)能流密度(3)相鄰波節(jié)之間各點(diǎn)同相同一波節(jié)兩側(cè)的點(diǎn)反相穩(wěn)定的分段振動(dòng)17大學(xué)物理波動(dòng)光學(xué)一課件18(5)駐波系統(tǒng)的固有頻率：所有可能的振動(dòng)方式：簡(jiǎn)正模式基頻諧頻總之：外形象波：具有空間、時(shí)間周期性；波形、能量不向前傳播、無(wú)滯后效應(yīng)“駐”波(5)駐波系統(tǒng)的固有頻率：所有可能的振動(dòng)方式：簡(jiǎn)正模式193、半波損失自由端反射波密

波疏界面反射特征阻抗：波在兩種不同介質(zhì)界面上的反射全波反射半波反射反射波與入射波在反射點(diǎn)同相波腹反射波與入射波在反射點(diǎn)反相固定端反射波疏波密界面反射波節(jié)半波損失3、半波損失自由端反射波密波疏界面反射特征阻抗：波204、駐波應(yīng)用舉例：弦樂(lè)發(fā)聲：一維駐波；鼓面：二維駐波；微波振蕩器，激光器諧振腔量子力學(xué)：一維無(wú)限深勢(shì)阱波函數(shù)為駐波…...思考用能量守恒說(shuō)明半波損失的原因

參看：楊建華、蘇蕙蕙、《大學(xué)物理重大難點(diǎn)輔導(dǎo)》成都科大出版社，1993,P.247。4、駐波應(yīng)用舉例：弦樂(lè)發(fā)聲：一維駐波；鼓面：二維駐波；激光器21，反射點(diǎn)應(yīng)為波節(jié)1.畫(huà)反射波形練習(xí)uu波疏波密u，反射點(diǎn)應(yīng)為波節(jié)1.畫(huà)反射波形練習(xí)uu波疏波密u22

t=0時(shí)原點(diǎn)處已知：平面簡(jiǎn)諧行波A、、u

沿+x

傳播求：入射波函數(shù)；2)

反射波函數(shù)；3)x軸上干涉靜止點(diǎn)（駐波波節(jié)）位置。密疏OPxt=0時(shí)原點(diǎn)處已知：平面簡(jiǎn)諧行波A、、u沿23解：1)

t=0時(shí)原點(diǎn)處密疏OPx解：1)t=0時(shí)原點(diǎn)處密疏OPx242)入射波在反射點(diǎn)P引起的振動(dòng)半波損失反射波在P點(diǎn)振動(dòng)密疏OPx反射波函數(shù)：2)入射波在反射點(diǎn)P引起的振動(dòng)半波損失反射波在P點(diǎn)振動(dòng)密疏O253)入射波、反射波干涉靜止條件：即所求波節(jié)位置：密疏OPx由得又3)入射波、反射波干涉靜止條件：即所求波節(jié)位置：密疏OPx由26同學(xué)們好！同學(xué)們好！27第九章波的干涉、衍射和偏振兩條原理波的疊加原理惠更斯-菲涅耳原理三種現(xiàn)象應(yīng)用于光波干涉衍射偏振主要內(nèi)容：第九章波的干涉、衍射和偏振兩條原理波的疊加原理惠更斯-菲28波的干涉、衍射和偏振結(jié)構(gòu)框圖波的疊加原理惠更斯-菲涅耳原理光的干涉光的衍射光的偏振*傅立葉光學(xué)簡(jiǎn)介光的橫波性學(xué)時(shí)：14波的干涉、衍射和偏振結(jié)構(gòu)框圖波的疊加原理惠更斯-菲涅耳原理光29第一節(jié)波的疊加原理干涉一、波的疊加原理?xiàng)l件：波源：線性振動(dòng)波：線性波介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)均線性振動(dòng)當(dāng)幾列波在傳播過(guò)程中相遇時(shí)，相遇區(qū)域每一點(diǎn)的振動(dòng)等于各列波單獨(dú)傳播時(shí)在該點(diǎn)引起的振動(dòng)的矢量和。實(shí)質(zhì)：振動(dòng)的疊加粒子相遇：碰撞，各自運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變。波相遇：相遇區(qū)域合成，然后保持各自特征繼續(xù)傳播。比較：第一節(jié)波的疊加原理干涉一、波的疊加原理?xiàng)l件：波源：線30二、波的干涉——波疊加中最簡(jiǎn)單、重要的特例1、相干條件振動(dòng)方向相同頻率相同相位差恒定(波源初相差穩(wěn)定，介質(zhì)穩(wěn)定）2、干涉現(xiàn)象設(shè)相干波源o2r2r1po1二、波的干涉——波疊加中最簡(jiǎn)單、重要的特例1、相干條件振動(dòng)方31在P點(diǎn)引起的振動(dòng)式中P點(diǎn)的合振動(dòng)o2r2r1po1在P點(diǎn)引起的振動(dòng)式中P點(diǎn)的合振動(dòng)o2r2r1po132令得P點(diǎn)合振動(dòng)強(qiáng)度：干涉項(xiàng)由恒定取決于兩波傳至相遇點(diǎn)的波程差：令得P點(diǎn)合振動(dòng)強(qiáng)度：干涉項(xiàng)由恒定取決于兩波傳至相遇點(diǎn)的波程差33對(duì)空間確定點(diǎn)對(duì)空間不同點(diǎn)相同的點(diǎn)，振動(dòng)強(qiáng)度相同，其集合為雙曲面能量在空間穩(wěn)定的非均勻分布

—干涉現(xiàn)象合振動(dòng)最強(qiáng)（干涉相長(zhǎng)）合振動(dòng)最弱（干涉相消）的位置討論：o2r2r1po1對(duì)空間確定點(diǎn)對(duì)空間不同點(diǎn)相同的點(diǎn)，振動(dòng)強(qiáng)度相同，其集合為雙曲34相長(zhǎng)特例：（1）相長(zhǎng)相消（2）相長(zhǎng)處：相消處：相間排列相消3.干涉相長(zhǎng)和相消的條件相長(zhǎng)特例：（1）相長(zhǎng)相消（2）相長(zhǎng)處：相消處：相間排列相消335練習(xí)：1、是非題(1)兩列不滿足相干條件的波不能疊加(3)兩振幅相等的相干波在空間某點(diǎn)相遇時(shí)，某時(shí)刻該點(diǎn)合振動(dòng)位移既不是兩波振幅之和,又不是零，則該點(diǎn)既不是振動(dòng)最強(qiáng)點(diǎn)，又不是振動(dòng)最弱點(diǎn).兩列波相遇區(qū)域中P點(diǎn)，某時(shí)刻位移值恰好等于兩波振幅之和。這兩列波為相干波.(2)(4)在波的干涉現(xiàn)象中，波動(dòng)相長(zhǎng)各點(diǎn)或波動(dòng)相消各點(diǎn)的集合的形狀為雙曲面族練習(xí)：1、是非題(1)兩列不滿足相干條件的波不能疊加(3)兩36解：干涉相消，合成波即S1

外側(cè)不動(dòng)已知：求:S1S2uupp解：干涉相消，合成波即S1外側(cè)不動(dòng)已知：求:S1S2uu37干涉相長(zhǎng)、合成波思考：兩相干波，振幅相同，沿同一直線向相反方向傳播S1S2uupp干涉相長(zhǎng)、合成波思考：兩相干波，振幅相同，沿同一直線向相反38三、駐波1、駐波的形成條件:

相干波,振幅相等,在同一直線上反向傳播。uu適當(dāng)選擇計(jì)時(shí)起點(diǎn)和原點(diǎn)，使原點(diǎn)處右行波：左行波：三、駐波1、駐波的形成條件:相干波,振幅相等,在39

a、c、e、g...始終不振動(dòng)A=0，稱波節(jié)

o、b、d、f...振動(dòng)最強(qiáng)稱波腹其余點(diǎn)合成波：振幅隨x變化a、c、e、g...始終不振動(dòng)A=0，稱波節(jié)o、b、d402.

特征(1)波線上各點(diǎn)振幅不等，不是后一質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。(2)振幅最強(qiáng)波腹振動(dòng)相消

A=0位置：波節(jié)2.特征(1)波線上各點(diǎn)振幅不等，不是后一質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前41由得波節(jié)位置：求波腹和波節(jié)的位置得波腹位置：解：例：上圖中合成波：由得波節(jié)位置：求波腹和波節(jié)的位置得波腹位置：解：例：上圖中合42(3)相鄰波節(jié)之間各點(diǎn)同相同一波節(jié)兩側(cè)的點(diǎn)反相穩(wěn)定的分段振動(dòng)(4)能流密度(3)相鄰波節(jié)之間各點(diǎn)同相同一波節(jié)兩側(cè)的點(diǎn)反相穩(wěn)定的分段振動(dòng)43大學(xué)物理波動(dòng)光學(xué)一課件44(5)駐波系統(tǒng)的固有頻率：所有可能的振動(dòng)方式：簡(jiǎn)正模式基頻諧頻總之：外形象波：具有空間、時(shí)間周期性；波形、能量不向前傳播、無(wú)滯后效應(yīng)“駐”波(5)駐波系統(tǒng)的固有頻率：所有可能的振動(dòng)方式：簡(jiǎn)正模式453、半波損失自由端反射波密

波疏界面反射特征阻抗：波在兩種不同介質(zhì)界面上的反射全波反射半波反射反射波與入射波在反射點(diǎn)同相波腹反射波與入射波在反射點(diǎn)反相固定端反射波疏波密界面反射波節(jié)半波損失3、半波損失自由端反射波密波疏界面反射特征阻抗：波464、駐波應(yīng)用舉例：弦樂(lè)發(fā)聲：一維駐波；鼓面：二維駐波；微波振蕩器，激光器諧振腔量子力學(xué)：一維無(wú)限深勢(shì)阱波函數(shù)為駐波…...思考用能量守恒說(shuō)明半波損失的原因

參看：楊建華、蘇蕙蕙、《大學(xué)物理重大難點(diǎn)輔導(dǎo)》成都科大出版社，1993,P.247。4、駐波應(yīng)用舉例：弦樂(lè)發(fā)聲：一維駐波；鼓面：二維駐波；激光器47，反射點(diǎn)應(yīng)為波節(jié)1.畫(huà)反射波形練習(xí)uu波疏波密u，反射點(diǎn)應(yīng)為波節(jié)1.畫(huà)反射波形練習(xí)uu波疏波密u48

t=0時(shí)原點(diǎn)處已知：平面簡(jiǎn)諧行波A、、u

沿+x

傳播求：入射波函數(shù)；2)

反射波函數(shù)；3)x軸上干涉靜止點(diǎn)