由于前一段时间一直在摸鱼,索性直接不上课听了,在这里整理下这章的重要知识点。
前置知识:电磁波
任意电磁波可以表示为这样的波函数:
E(x,t) = E_0cos\omega(t-\frac{x}{u}) = E_0cos(\omega t - \frac{2\pi}{\lambda}x) \\
H(x,t) = H_0cos\omega(t-\frac{x}{u}) = H_0cos(\omega t - \frac{2\pi}{\lambda}x)
同时, \textbf{E} 、 \textbf{H} 、以及传播方向 \textbf{r} 在方向上具备如下关系:
(\textbf{E} \times\textbf{H}) \parallel \textbf{r}
能量和动量将会在后续继续推导,接下来主要推导光的干涉。
光矢量
光的强度就是光的平均能流密度,有:
I=\frac{1}{2}u\varepsilon E_0^2
可见光强与电场强度的平方成正比,于是我们就规定电场的平方为(相对)光强, \textbf{E} 称为光矢量、 E_0 称为光振幅。
折射率公式:
n = \frac{c}{u} = \sqrt{\varepsilon_r \mu_r}
相干叠加
此处具体推导过程省略
两点光振动方程:
E_1(t) = E_{m1}cos[\omega t+\varphi_{10}(t)] \\
E_2(t) = E_{m2}cos[\omega t+\varphi_{20}(t)]
在P点的光振动:
E_{1P}(r_1,t) = E_{m1}cos[\omega t+\varphi_{10}(t)-\frac{2\pi}{\lambda}r_1]
E_{2P}(r_2,t) = E_{m2}cos[\omega t+\varphi_{20}(t)-\frac{2\pi}{\lambda}r_2]
叠加强度:
E_{P0} = \sqrt{E_{10}^2+E_{20}^2+2E_{10}E_{20}cos{\Delta\varphi_P}}
相位差:
\Delta\varphi_P=\varphi_{20}(t)-\varphi_{10}(t)-\frac{2\pi}{\lambda}(r_2-r_1)
非相干叠加由于不是两束相干光无法形成稳定的干涉图案,此处讨论相干叠加:
显然,cos项取+1和-1分别对应最大最小值:
当 \Delta\varphi_P=\pm 2k\pi , k=0,1,2,... :
E_{P0} = E_{max} = E_{10} + E_{20} \\
I=I_{max} = (E_{10} + E_{20})^2
当 \Delta\varphi_P=\pm (2k-1)\pi , k=0,1,2,... :
E_{P0} = E_{min} = |{E_{10} - E_{20}}| \\
I=I_{min} = (E_{10} - E_{20})^2
干涉条纹对比度:
\eta = \frac{I_{max}-I_{min}}{I_{max}+I_{min}}
0对应非相干叠加,1对应对比度最强的相干叠加。