大物第14章(1)资料

2E x 2
2E t 2
2H x 2
2H t 2
令： u 2 1
E
o
x
E
z
E0cos (t
H
r) u
H
H 0cos (t
r) u
• 真空中： u 1/ 00 2.9979108 m / s c 折射率
• 介质中： u 1/ 0r 0r c / r r c / n c
3. 电磁波的性质
c
2r2
]}
1.非相干叠加
(1) E1 E2
E1
E2
E1E2cos
π 2
0
(2) 1 2
1
2T
t T t
E01
E02{cos[(1
2
)t
(1
2
)
1r1
2r2
c
]
cos[(1
2 )t
(1
2)
1r1
2r2
c
]}dt
0
即 E1 E2 0
(3) (1 2 ) 不恒定
E1 E2 0
青 492~470 6.11014 ~ 6.4 1014
480
兰 470~455 6.4 1014 ~ 6.6 1014
460
紫 455~390 6.6 1014 ~ 7.51014
430
人眼最为敏感的光是黄绿光，即 555 nm 附近。
§14.2 光源 光波的叠加
一. 光源
能够发光的物体称为光源
r1 )
2dx (r2 r1)
2dx dx 2D D
d D , x D
xd 2k
D
2
k 0,1,2, 光强极大
xd (2k 1) k 0,1,2, 光强极小
D
2
x 2k D （光强极大位置） x (2k 1) D （光强极小位置）
2d
2d
讨论 (1) 条纹分布
• 两光波在 P 点叠加后的相 对强度 干涉项 I p I1 I2 2 E1 E2
当干涉项 2 E1 E2 0 , 非相干叠加
当干涉项
2
E1
E2
0
,
相干叠加
·
P
E1 E2
1 2
E01
E02{cos[(1
2
)t
(1
2
)
1r1
2r2
c
]
讨论
cos[(1
2
)t
(1
2
)
1r1
I1 I2 I0
I p 4I0
(2) 相消干涉（暗） (2k 1)π , k 0,1,2,3...
I p Imin I1 I2 2 I1I2 I1 I2
如果 I1 I2 I0
Ip 0
3.相干条件、相干光源
相干条件:(1)频率相同(2)相位差恒定(3)光矢量振动方向平行
相干光源:同一原子的同一次发光
§14.3 光的干涉 杨氏实验
一. 杨氏双缝实验（分波阵面法）
• 实验现象
s1
S
s2
明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置
• 理论分析
r12
D2
(x
d )2 2
r22
D2
(x
d )2 2
S1 d
r22 r12 2dx (r2 r1)(r2 r1) S2
r1
r2
x
O
D
两相干光
2d
x (2k 1) D
2d
屏上相邻明（暗）条纹间距为
x
xk 1
xk
D
d
一系列平行等间距 的明暗相间条纹
当 d x ，条纹不易分辨。
若已知 d , D 及Δx, 可测
(2) 强度分布
dx
D
I p I1 I2 2 I1I2 cos
(1) 热辐射
自
(2) 电致发光 发
(3) 光致发光 (4) 化学发光
辐 射
(5) 同步辐射光源 受
(6) 激光光源
激 辐
射
激发态原子或分子的自发辐射 激发态原子或分子的受激辐射
E2
= (E2-E1) / h
E1
E2
= (E2-E1) / h
E1
c
• 原子光波列
波列长 L = c
.. • 一般光源的发光特点： 1 间歇性； 2 随机性。 非相干(不同原子发的光) 相干(同一原子先后发的光)
• 获得相干光的方法
(1) 分波前法：
S2 S S1
S3
(2) 分振幅法：
相干光
P
O
S n1 n2 n1 n1
相干光
P
P'
二.光波的叠加
E1 E2
E01cos(1t
E02cos(2t
1r1
c
2r2
c
1) 2)
r1
1·
· r2
2
• 两光波在 P 点叠加
EP E1 E2
EP2 E12 E22 2E1 E2
wm H 2 / 2
w we wm
w 1 E2 1 H2
2
2
• 能流密度 S（坡印亭矢量）
S dA udt w uw dA dt
E H
1 ( E2 1 H 2 )
2
2
1
EH
坡印亭矢量
S wu E H
udt
u
S
dA
• 波的强度 I
I S S 1
t T
Sdt
非相干叠加时
IP I1 I2
2.相干叠加
1 2 且 (1 2) 恒定
I p I1 I2 2
1 I1I2 T
t T
cosdt
t
I1 I2 2 I1I2 cos
1
2
(r1
c
r2 )
(1) 相长干涉（明） 2kπ , k 0,1,2,3...
如果
I p Imax I1 I2 2 I1I2 I1 I2
光色 波长(nm)
频率(Hz)
中心波长 (nm)
红 760~622 3.9 1014 ~ 4.81014
660
橙 622~597 4.8 1014 ~ 5.0 1014
610
黄 597~577 5.0 1014 ~ 5.4 1014
570
绿 577~492 5.4 1014 ~ 6.11014
540
(1) 电磁波是横波
E H // u
(2) 电磁波具有偏振性
H
(3)
E
和
H
传播速度相同、
相位相同
y
E
E H
O
振幅之间满足：
z
H
E
u
u
x
0 E0 0 H0
(4) 电磁波具有波的共性 ——在介质分界面处有反射和折射
折射率 n c u
00
r r
4. 电磁波的能量密度
we E 2 / 2
Tt
1
T
t T t
E0 H 0cos
2
(t
r u
)dt
1 2
E0 H 0
1 2
E02
结论：I 正比于 E02 或 H02。
5. 辐射压强 —— 光压
二. 光是电磁波
• 可见光 —— 能够引起人的视觉的电磁波。
7.60107 ~ 3.90107 m
760 ~ 390 nm
可见光七彩颜色的波长和频率范围
第14章 波动光学基础
北极光
§14.1 光是电磁波
一. 电磁波
1. 电磁波的产生
电磁波 —— 交变的电磁场的传播
H
E
H
E
H
E
H
任何做加速运动的电荷或电荷系都是电磁波的波源 例如：天线中的振荡电流 分子或原子中电荷的振动
2.
对电磁波
E
,H
的描述（平面简谐波）
由麦克斯韦理论可得：
y u