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光程
鎖定
光程是一個摺合量,可理解為在相同時間內光線在
真空中傳播的距離。在傳播時間相同或相位改變相同的條件下,把光在介質中傳播的路程摺合為光在真空中傳播的相應路程。在數值上,光程等於介質折射率乘以光在介質中傳播的路程。
- 中文名
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光程
- 外文名
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Optical path
- 實 質
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光在媒質傳播經歷的路程
- 學 科
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物理
- 表達式
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Δ=nr
光程定義
光波在同一種介質傳播時,波長始終不變。當光波在不同介質中傳播時,光波的波長隨介質的不同而改變。為了方便計算相干光在不同介質中傳播相遇時的相位差,需要引入光程概念。
設頻率為
的單色光,在真空中傳播時的波長為
,傳播速度為
,且
。單色光的傳播速度在不同介質中不同,設在
折射率為
的介質中傳播速度為
,則有
,在該介質中的波長為
。這説明單色光在折射率為
的介質中傳播時,其波長為其在真空中傳播波長的
行倍。
式中表明
單色光在折射率為
的介質中傳播
距離產生的相位變化與在真空中傳播
產生的相位變化相同。於是把光在介質中傳播的幾何路程
與該介質折射率
的乘積定義為光程,即有:
當單色光連續經過幾種不同介質時,其光程為:
光程光程差
如圖1所示,
為初相位相同的兩相干光源,由
出射的兩束光分別經過折射率為
的介質,傳播‘
距離後在P點相遇,其相位差為:
其中
和
分別為單色光在折射率
的介質及真空傳播的波長。式(1)表明,引入光程概念後,計算通過不同介質相干光的
相位差時,可統一採用真空中的波長。設光程差
,式(1)可以寫為:
由式(1)和式(2)得到:
當光程差滿足式(3)時,兩束光在P點干涉相長,光強最大。當光程差滿足式(4)時,兩束光在P點
干涉相消,光強最小。可見,利用光程和光程差概念,研究相干光在不同介質中傳播時的干涉現象非常方便。
[1]
圖1 光程的示意圖
[1]
光程透鏡的等光程性
圖2 透鏡成像光路圖
[1]
干涉,
衍射實驗常用透鏡匯聚平行光,以下簡單介紹平行光通過透鏡的等光程性,如圖2所示為透鏡成像光路圖,由幾何光學可知,在空氣中平行光通過透鏡後將匯聚到透鏡的
焦平面F點形成亮點。由波動光學的觀點看同一光波面上A,B,C,D,E各點光線相位相同,到達焦平面F處依然相位相同,因干涉相長形成亮點。由此可以得到,從波面上各點到透鏡的焦平面F點,各光線經過的光程相等,稱為透鏡的等光程性。故光通過
薄透鏡時,不會引起附加光程差。即:計算光程差時,不用考慮透鏡的影響。
[1]
- 參考資料
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1.
梁志強,王偉主編.大學物理 下 .北京:中國水利水電出版社,2015.01:54-55