第二章 光的干涉 知识点总结
2.1.1光的干涉现象
两束(或多束)光在相遇的区域内产生相干叠加,各点的光强不同于各光波单独作用所产生的光强之和,形成稳定的明暗交替或彩色条纹的现象,称为光的干涉现象。
2.1.2干涉原理
注：波的叠加原理和独立性原理成立于线性介质中,本书主要讨论的就是线性介质中的情况.
(1)光波的独立传播原理
当两列波或多列波在同一波场中传播时，每一列波的传播方式都不因其他波的存在而受到影响，每列波仍然保持原有的特性（频率、波长、振动方向、传播方向等）
(2)光波的叠加原理
在两列或多列波的交叠区域，波场中某点的振动等于各个波单独存在时在该点所产生振动之和。
波叠加例子用到的数学技巧：
（1） A+𝑖𝐵=√𝐴2+𝐵2(𝐴√𝐴2+𝐵2+𝑖𝐵√𝐴2+𝐵2)=𝐴𝑡𝑒𝑖𝜑𝑡
（2）eiφ1=ei[(φ12+φ22)+(φ12−φ22)] eiφ1=ei[(φ12+φ22)−(φ12−φ22)]
注: 叠加结果为光波复振幅的矢量和，而非强度和。
分为相干叠加(叠加场的光强不等于参与叠加的波的强度和)和非相干叠加(叠加场的光强等于参与叠加的波的强度和).
2.1.3波叠加的相干条件
干涉项：
相干条件：
（干涉项不为零）
（为了获得稳定的叠加分布）
（为了使干涉场强不随时间变化）
2.1.4 干涉场的衬比度
1.两束平行光的干涉场（学会推导）
（1）两束平行光的干涉场
干涉场强分布：
2110200EE2010常数212121212()()()2IrEEEEIrIrEE12102012201021212010212{cos()()()cos()()()}EEEEkkrtkkrt*12121212,(,)(,)(,)(,)2cosIxyUxyUxyUxyUxyIIII
物理光学中的干涉现象
在物理学中，干涉是指两个或多个相同或不同的波在空间重合时相互影响的现象。物理光学中的干涉现象是指光波在空间中重合时相互影响产生的现象。光的波动性是物理光学中的基础，干涉现象的产生与这一性质密切相关。
一、基本原理
所谓干涉，是指光波在空间中相遇时发生的相互作用。当光波单色、同向、同相干时，它们在某些点上或某些区域内相加会产生干涉。干涉现象的基本原理可以通过双缝干涉实验加以说明。
双缝干涉实验通常采用的是一束单色光通过两个互相平行、与光波传播方向垂直的狭缝后，形成干涉条纹的现象。在特定位置，两个狭缝出射的光波重迭，产生干涉现象。
二、干涉现象的表现形式
物理光学中的干涉现象主要表现为干涉条纹、牛顿环、等厚干涉等形式。在实际应用中，干涉现象被广泛应用于电视机、摄影、激光等领域。
1、干涉条纹
干涉条纹是光波通过两个狭缝产生干涉现象的表现形式之一。双缝干涉实验可以明显观察到干涉条纹的现象。在干涉条纹区域，光的强度和颜色随着空间位置的变化而发生变化，呈现出一定的规律性。
2、牛顿环
牛顿环是光波在透明介质表面重迭产生干涉的现象。在牛顿环实验中，一块透明的平凸透镜与一块玻璃片组成一对具有透明的、光学质量相同的半球体，使双方接触，形成一个随半球体的半径二次变化，由圆环组成的形状。
3、等厚干涉
等厚干涉是指等厚度的介质体对光线的透射和反射引起的干涉现象。当光线沿着光线图中任意一条路径从空气经过等厚度介质区域，再退回空气中时，在两条路程上的光波相遇会出现干涉现象，反射的光波与透射的光波之间也会出现干涉现象。
三、应用领域
干涉现象在实际应用中有着广泛的应用。实际中，光学干涉现象被应用于电视机等彩色显示器，晶体振荡器，高质量光学元件的制造等众多领域。
1、电视机彩色显示器
彩色显示器采用了光学干涉原理，利用三个不同颜色的像素点光波的不同光程差，结合干涉现象将不同颜色的光波混合，实现画面的精美和清晰。
第三章 光的干涉
问答题
1、试举一种看起来有明暗相间条纹但又不是干涉的自然现象；再举一个看起来没有明暗相间条纹的自然界中的干涉现象。
解：人眼透过两层叠在一起的窗纱去看明亮的背景，由于窗纱经纬丝纹的不规则性，将看到形状不规则的明暗相间条纹，它决不是干涉的结果。
照相物镜表面看起来是一片监色，并无明暗条纹，但它却是一种干涉现象。
2、如图3－1所示的双孔杨氏干涉装置，作如下单项变化，则屏幕上干涉条纹的情况有何改变？
1)将双孔间距d变小。
2)将屏幕远离双孔屏。
3)将钠光灯改力氦氖激光。
4)将单孔S沿轴向向双孔屏靠近。
5)将整个装置浸入水中。
6)将单孔S沿横向向上作小位移。
7)将双孔屏沿横向向上作小位移。
8)将单孔变大。
9)将双孔中的一个孔的直径增大到原来的两倍。
图3－1
解：1)条纹间距变宽，零级位置不变，可见度因干涉孔径角变小而变大了。
2)条纹变宽，零级位置不变，光强弱了。
3)条纹变宽，零级位置不变，黄条纹变成红条纹。
4)条纹间距不变，光照变强，但可见度因干涉孔径角变大而变小。
5)条纹间距降为原有的3/4，可见度因波长变短而变小。
6)整个条纹区向下移，干涉条纹间距和可见度均不变。
7)干涉条纹向上移，间距和可见度不变。
8)光强变大，可见度变小，零级位置不变，干涉条纹间距不变。
9)孔2S的面积是孔1S的4倍，表明孔2S在屏上形成振幅为4A的光波，孔1S则在屏上形成振幅为A的光波。屏上同位相位置处的最大光强22254AAAI大，是未加大孔2S时的(25/4)倍；屏上反位相位置处的最小光强2294AAAI小，也不是原有的零。可见度由原有的1下降为47.0925925，干涉条纹间距和位置都不变。
3、用细铁丝围成一圆框，在肥皂水中蘸一下，然后使圆框平面处于竖直位置，在室内从反射的方向观察皂膜。开始时看到一片均匀亮度，然后上部开始出现彩色横带，继而彩色横带逐渐向下延伸，遍布整个膜面，且上部下部彩色不同；然后看到彩带越来越宽，整个膜面呈现灰暗色，最后就破裂了、试解释之。
物理光学中的光的偏振和干涉
光学作为物理学的一个分支学科，主要研究光的本质、性质以及产生、传播、作用等方面的问题。在光学中，光的偏振和干涉是两个重要的概念，本文将对这两个内容进行详细的讲解。
一、光的偏振
光波是一种电磁波，其本质是由电场和磁场相互作用而形成的，在传播过程中，光波的电场和磁场的方向会不断变化，但是在某些情况下，光波的电场只能在一个特定的方向上振动，而不能在其他方向上振动，这种现象就称为光的偏振。
常见的光的偏振方式有线偏振和圆偏振两种。线偏振就是指光的电场只在某一平面内振动，而圆偏振则指光的电场在一个平面内不断进行旋转。
光的偏振现象在日常生活中十分常见，比如晶体显示器中所用的液晶就需要利用光的偏振现象来调控光的透过程度，从而实现显示效果；而在光学仪器的研究中，则需要利用偏振片或偏振器等器件来实现对光的控制。
二、光的干涉
光的干涉是指两束或多束光波相遇，由于光波的电场或磁场叠加而导致的互相干涉、增强或衰减现象。
根据光的相位的关系，光的干涉可以分为同相干与不相干干涉。同相干是指光的相位差固定，例如由同一光源所发出的两束光，在空间中相遇的时候，它们的相位差是稳定不变的，这种情况下，光的干涉就是同相干的。而不相干干涉则是指光的相位差随着时间、空间或频率而发生变化。
光的干涉现象也是非常普遍的，例如著名的杨氏双缝干涉实验，就是将一束光通过两个狭缝后在屏幕上形成干涉条纹的实验。这个实验不仅可以验证光的波动性质，还可以通过改变狭缝的宽度、间距等参数来研究光的传播特性。
此外，光的干涉还有许多实际应用，比如在光学相干层析成像和白光干涉仪中，都需要利用光的干涉现象进行实现。
三、光的偏振和干涉的联系
光的偏振和干涉是密切相关的，因为只有光波是同相干的，才能够产生明显的光的干涉现象。而对于线偏振光来说，其电场只能在一个平面内劈开，在另一个垂直于劈开平面的平面内不能形成相干光波，因此线偏振光在进行正常的干涉实验中会失去相干性，而不能产生明显的干涉现象。
