大学物理——光的干涉和衍射（1）
今日一言：
放弃梦想，准备战斗
大学物理——光的干涉和衍射(1)
第九章光的衍射学习任务其实已经过时间了，而我还在第八章这里咸鱼。
学习资料：
- 《大学物理》（下）
- 大学物理课件PPT（来源于网络）
- 几何光学提纲（本文学习的目的是波动光学）
光的干涉
课本目录：
- 8.1 光源 光的相干性
- 8.1.1 光的电磁理论
- 8.1.2 光源
- 8.1.3 获得相干光的方法
- 8.2 分波阵面干涉
- 8.2.1 杨氏双缝干涉
- 8.2.2 洛埃镜实验
- 8.3 光程与光程差
- 8.3.1 光程与光程差
- 8.3.2 透镜不产生附加的光程差
- 8.4 分振幅干涉
- 8.4.1 等倾干涉
- 8.4.2 等厚干涉
- 8.5 迈克尔逊干涉仪
- 习题8
光的分类
几何光学：以光的直线传播性质和反射、折射定律为基础，研究光的传播规律波动光学：是以光的波动为基础，研究光的传播及其规律量子光学：不会不懂别问我
8.1.1 光的电磁理论
光是一种电磁波，通常意义上的光指的是可见光
（波长范围： 400~760nm ， 频率： 
~
)
8.1 光源 光的相干性
8.1.2 光源
光源发光是大量原子、分子的微观过程
光源分类分类：普通光源、激发光源
佛说：要有光。便有了光。（完）
但要注意的是，普通光源各原子发光是断续的，平均发光时间
越为
秒，所发出的光波是一段长为
的波列(间歇性)，不同原子在同一时刻和同一原子在不同时刻所发出的波列在频率、振动方向、和相位上各自独立(随机性)，以此分类普通光源和激发光源。
8.1.3 获得相干光的方法
相干光：光矢量
满足相干条件的两素光相干光源：能产生相干光的光源相干条件：两束光波具有相同的频率、相同的振动方向以及恒定的相位差。
故而要注意的是：两个独立的光源甚至是同一光源的两部分的光，是不存在半毛钱的相干性的
要获得相干光，必须设法从一单色性好的光源分出两部分，且这两部分必须取自于同一波列
方法：分波阵面法，分振幅法
相关计算: 两列光波的叠加
令
其中
,又
,
光强分布：
其中，
为干涉项
非相干光：由于观察时间内两列光波相位差取各个值的机会相等，求和的结果使最后的干涉项为零。
非相干叠加：
相干光： 
恒定
相长干涉：（明）
相消干涉：（暗）
因此：非相干就是“互不相干”，就算我们有所相干，也有可能是表面兄弟，实是最佳损友。
8.2 分波阵面干涉
8.2.1 杨氏双缝干涉
分波阵面法：普通单色光透过一狭缝
后再于两狭缝
和
所发出的两列光波的频率、振动方向、相位都相同，构成相干光源，这两列光波传播时相遇，而发生了干涉现象，在屏上显示明暗相间的干涉条纹。(类官方而非官方说法)
干涉规律: 分波阵面法
波程差：
(Brighter!)
(Darker!)
相位差：
(Brighter!)
(Darker!)
又:
(别问为什么，问就是量子力学下一章)
(Brighter!)
(Darker!)
小结：波程差为其它值的点，其光强介于最明和最暗之间。
相邻的两铭文（或暗纹）中心的距离为：
干涉条纹是等距分布的，且各级明、暗条纹对称分布在中央明文两侧。
双缝干涉光强公式
设
,则光强为：
其中，
(别问，问就是量子力学下一章)
(下一章要用到)
条纹衬比度（contrast)
对的没错，就是对比度、反衬度，和相机、图像编程里的对比度概念差不多。
衬比度差：
衬比度好：
决定因素：振幅比，光源的单色性，光源的宽度干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）
8.2.2 洛埃镜实验
不想搞懂，搞懂是不可能搞懂的，此鱼生都不可能搞懂的——鱼· 格瓦拉(薄膜干涉要用)
反射光：
- 光疏介质->光密介质：
有半波损失 - 光密介质->光疏介质：
无半波损失
透射光：无半波损失
光程与光程差
前文只有波程差和相位差，勿要搞混了(就是我搞混了波程差和光程差)。
8.3.1 光程与光程差
光程：为方便计算光经过不同介质时引起的相差所引入的概念。
介质中的折射率：
介质中的波长：
介质中传播的几何路程：
介质中的光程：
相位变化：
光程是一个折合量，在相位改变相同的条件下，把光在介质中传播得到路程折合为光在真空中传播的相应路程。
当光在不同的介质中传播时，即使传播的几何路程相同，但相位的变化是不同的。
光程差：
相位差：
光程差是波程差在真空的换算,相干光源发出的两相干光，经历了不同介质和不同路程后叠加点相遇，其干涉条纹的明暗条件便可用光程差表示。（参考上文波程差）
8.3.2 透镜不产生附加的光程差
总几何路程长的，在透镜中的几何路程短，而总几何路程越短，在透镜中的几何路程就越长，加之
透镜折射率大于1，因此折算成光程时，都是相等的。透镜可以改变光线的传播方向，但不产生附加的光程差。
8.4 分振幅干涉
8.4.1 等倾干涉
平行平面膜：两个表面是相互平行的平面的薄膜。
推导
由8.3.2推导，可知A点和C点到P点的光程相等，故而A点到P点和B点到P点的光程差：
其中，
是因为反射时有半波损失（见上文洛埃镜实验)
几何关系：
根据折射定律
, 有：
表明：光程差决定于倾角e。
故而：入射角相同的入射光，经薄膜上、下表面反射后形成的相干光有相同的光程差，形成同一级次干涉条纹；对于不同的入射角产生不同的干涉条纹， 这种干涉叫等倾干涉。
增透膜：能使透射光增强（透射率)但反射光减弱的的薄膜增反膜：能使反射光由于干涉相长而增强的薄膜注：无论增透膜增反膜，对薄膜厚度有严格要求，且只能对单一波长光线
8.4.2 等厚干涉
劈尖干涉：
披肩薄膜的厚度e，其间介质厚度厚度相同的地方，上、下表面反射光的光程差相同，干涉而形成同一条的条纹，不同的厚度形成不同的干涉条纹。
劈尖膜的折射率：空气膜上下表面反射光因半波损失的光程差：相邻两条纹中心对应介质膜的厚度差：
相邻两条纹中心间距：
牛顿环:
曲率半径很大的平凸透镜放在平玻璃板上，在其之间形成环状劈形空气层，用单色光垂直照射在平凸透镜上，则可以观察到一组明暗相间的同心圆环。（上学期有用过，印象很深。）
当
时，
，为中心暗斑。
由于
远大于
,故而
8.5 迈克尔逊干涉仪
