《波动光学》PPT课件(I)

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1、第十四章波动光学光的发展简史：几何光学波动光学量子光学（粒子说）（波动说）（量子说）折射，反射干涉，衍射光电效应§14-1光源光的本性一、微粒说与波动说之争牛顿的微粒说：光是由光源发出的微粒流。惠更斯的波动说：光是一种波动。光的电磁本性1801年，英国物理学家托马斯·杨（T.Young，1773—1829）首先利用双缝实验观察到了光的干涉条纹，从实验上证实了光的波动性。1865年，英国物理学家麦克斯韦从他的电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光就是一种电磁波。补充：光的电磁波特性平面简谐波的波动表式：电场强度矢量磁场强度矢量⑴的数值关系⑵

2、电磁波的传播速度⑶介质折射率三者相互垂直，切满足右螺旋关系。——电磁波是横波。说明真空中的传播速度可见光的波长范围：400nm～760nm电磁波谱二、光源发射光波的物体称为光源。可见光是能引起人的视觉的部分电磁波。光源的最基本发光单元是分子、原子。处在基态的电子处在激发态的电子原子模型光源的发光特性：=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列波列长L=c是波列持续时间普通光源：自发辐射独立（同一原子不同时刻发的光）独立（不同原子同一时刻发的光）··激光光源：受激辐射E1E2完全一样(频率、位相、振动方向，传播方向)=(E2-

3、E1)/h复色光：不同频率单色光的混合光。单色光：具有单一频率的光波。谱线宽度：光谱曲线强度波长三、单色光线宽越窄，光的单色性越好。复色光只有把在同一时刻、从光源的同一部分发出的光分成两束，这两束光才是相干光两个独立光源发出的光不可能产生干涉干涉条件：频率相同，振动方向相同，振幅相差不大，有恒定的相位差。激光光源相干性较好四、相干光PS*分波面法分振幅法·P薄膜S*相干光的获得方法：1.两列光波的叠加p···12r1r2P:其中：光波中的电振动矢量称为光矢量E0E1E2非相干光源I=I1+I2—非相干叠加完全相干光源干涉图平均光强为(k

4、=0,1,2,3,···)相消干涉（暗）(k=0,1,2,3,…)相长干涉（明）干涉图频率相同振动方向相同相位差恒定相干条件：总结：干涉加强干涉减弱§14-3双缝干涉一、杨氏双缝实验杨（T.Young）在1801年首先用实验方法研究光的干涉钠黄光的杨氏双缝干涉条纹P·r1r2xx0xIxxDdO相干光的获得：分波阵面法D>>x，D>>d光路原理图：xPr1r2xDdO·1.波程差的计算设实验在真空（或空气）中进行，则波程差为：二、干涉明暗条纹的位置D>>x，D>>d可得干涉明暗条纹的位置明纹暗纹其中讨论：(1)对应于k=0的明

5、纹称为中央明纹，对应于k=1,k=2,称为第一级,第二级，明纹(2)相邻两明(或暗)纹的间距----明暗相间的等间隔条纹一定时(3)白光照射：---条纹变稀疏d和D一定时D增加或d减小D减小或d增加x变大x减小---条纹变密集减小x减小增加x增加中央明纹为白色，其它各级为彩色，内紫外红若，则明纹光强暗纹光强(4)光强分布----I1、I2为两相干光单独在P点处的光强[例]在杨氏双缝实验中，设缝间距为0.45mm，屏幕与缝的距离为115cm，现测得十个条纹间距为15mm。试求所用的单色光的波长。若用白光照射干涉条纹将如何变

6、化。[解]两相邻条纹的间距二、洛埃德(Lioyd)镜实验S1S2P屏移动条纹变化S1S2P亮纹实验表明：P点出现暗纹半波损失光疏媒质光密媒质入射反射有半波损失水空气光密媒质光疏媒质入射反射无半波损失水空气折射光任何情况都无半波损失一、光程的定义§14-4光程与光程差单色光波长与真空中的波长的关系t时间内，光在介质中传播的距离t时间内，光在真空中传播的距离光程：光在某一媒质中走过的距离r与这一媒质折射率n的乘积。相位差和光程差的关系：r1r2S1S2n1n2P光程差：二、光程差与相位差的关系三、透镜的等光程性：光通过透镜成像时，透镜可改变光

7、的传播方向，但不引起附加光程差。agcbh.....eF屏.d.光的干涉核心问题：光程差几何路径介质性质半波损失[例1]在杨氏双缝实验中，用折射率n=1.58的透明薄膜盖在上缝上，并用λ=6.32810－7m的光照射，发现中央明纹向上移动了5条，求薄膜厚度解：P点为放入薄膜后中央明纹的位置又因P点是未放薄膜时第N级的位置可得：一、等倾干涉条纹光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成的干涉现象，称为薄膜干涉。薄膜干涉可分成等倾干涉和等厚干涉两类。§14-5薄膜干涉1.点光源照明时的干涉条纹分析rLfPOrk环Ben1n1n2>n1iACD21

8、Si·····光束1、2的光程差为n1n1n2>n1rBeiACD21Si·····故由折射定律光束1、2的光程差为或得n1n1n2>n1rBeiACD21Si·····（1）垂直入射时：（2