《大学物理物理光学》PPT课件

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1、第九章波动光学(Waveoptics)ReviewofhistoryTheperiodofAncientopticsTheperiodofgeometricopticsTheperiodofwaveopticsTheperiodofquantumopticsTheperiodofmodernopticsThetaskofthischapterThecharacteristicsofwaveaboutlightwillbediscusseddeeplyIntroduction§9-1光学的基本概念牛顿的微粒说：光的直线传播→微粒→以力学定律运动，解释了反射、折射惠更斯创立波动说：波动说由杨、菲

2、涅耳的实验验证19世纪，法拉第、麦克斯韦、赫兹→光是电磁波，媒质是以太1900年，普朗克提出量子论→光子，解释了热辐射、光电效应、光压现象——微粒性光的干涉、衍射、偏振证实光是波——波动性一、人类对光的认识过程20世纪，德布罗意提出物质波概念才得以统一光和物质一样都具有波粒二象性20世纪50年代以来，光学开始了一个新的发展时期激光、纤维光学（光纤）、红外技术光学分类几何光学——光的直线传播规律物理光学波动光学量子光学——干涉、衍射、偏振——光和物质的相互作用现代光学1960年第一台红宝石激光器非线性光学、激光光谱、信息光学、全息、光纤通讯、集成光学、统计光学等两种理论无法解释对方的现象→无法

3、统一E2E1数学表达：和传播速度相同、相位相同电磁波是横波二、光的电磁特征真空中的光速在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用称其为光矢量，光强度正比于电场强度分量的平方。430455~400紫460470~455兰480492~470青540577~492绿570597~577黄610622~597橙660760~622红中心波长(nm)频率(Hz)波长(nm)光色可见光七彩颜色的波长和频率范围1.发光光源的最基本发光单元是分子、原子。发光起源于处于激发态的原子或分子在不同能级之间的跃迁。原子能级及发光跃迁基态激发态跃迁自发辐射三、光源热辐射电致发光光致发光化学发光自发辐射波列同步辐射光源激光

4、光源受激辐射发光有两种类型普通光源发光属于自发辐射，其特点是：波列E2E1间歇性：原子发光是断续的，每次发光形成一个长度有限的波列。独立性：各原子各次发光相互独立，各波列互不相干.非相干(同一原子先后发的光)非相干(不同原子发的光)E2波列E1光波的相位、频率、振动方向以及传播方向都和原来的入射光相同，即它们具有相干性。激光属于受激辐射激光单色性好、相干性好、亮度高和方向性好2.激光§14-1光源单色光相干光实际原子的发光:是一个有限长的波列,所以不是严格的余弦函数,只能说是准单色光:在某个中心频率（波长）附近有一定频率（波长）范围的光。衡量单色性好坏的物理量是谱线宽度理想的单色光：具有

5、恒定单一波长的简谐波，它是无限伸展的。例:普通单色光:10-2100A激光：10-810-5A00II0I0/2谱线宽度3.光的单色性§14-1光源单色光相干光“当两列(或几列)满足一定条件的光波在某区域同时传播时,空间某些点的光振动始终加强；某些点的光振动始终减弱，在空间形成一幅稳定的光强分布图样”，称为光的干涉现象。相干条件：(2)频率相同(3)有恒定的位相差(1)振动方向相同四、相干光在光源发出的同一波阵面上取两个点光源，该两个点光源发出的光为相干光（杨氏实验）分波阵面法：相干光的获得波阵面分割法*光源利用反射或折射把一束光的振幅分成两部分，这两部分光为相干光（薄膜干

6、涉）分振幅法：振幅分割法干涉条纹强度分布若I1=I2=I0,则光强曲线I02-24-4k012-1-24I0x0x1x2x-2x-1§14-1光源单色光相干光(k=0,1,2,3…)相消干涉（暗）(k=0,1,2,3…)极值条件相长干涉（明）明纹暗纹五、光程与光程差1相位差在分析光的叠加时十分重要，为便于计算光通过不同媒质时的相位差，引入光程概念。1、光程光通过媒质时不变，但要变，设为。真空中λ··xab─真空中波长媒质中n─媒质中波长媒质··xab定义：光程nx—折射率为n的媒质中，光在距离x上的等效真空路程，称为光程．因为所以物理意义：光程就是光在媒质中通过的几何

7、路程,按波数相等折合到真空中的路程.§14-3光程与光程差2..光程差*P*波程差相位差介质中的波长§14-3光程与光程差2）光程差(两光程之差)光程差*P*干涉加强相位差干涉减弱光程差奇数次半波损失时为λ/2偶数次半波损失时为0干涉加（明）干涉相消（暗）相位差与光程差:[例]nS1S2r1r2dP·例：求光程差。空气rrS2S1Pn水附加光程差分析条纹的移动情况：nS1S2r1r2dP·分析条纹的移动情况：