大学物理(光学篇)

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1、光学篇光学篇光学几何光学物理光学(以光的直线传播为基础：光的独立传播定律，光的反射和折射定律)波动光学量子光学实验基础：光的干涉、衍射、偏振现象理论基础：麦克斯韦电磁场理论模型：电磁波涉及范围：光的传播及其规律实验基础：光电效应、康普顿效应理论基础：量子论模型：光量子涉及范围：光和物质的相互作用几何光学17世纪波动光学19世纪量子光学20世纪光是电磁波一、电磁波的产生电磁波是交变电磁场在空间的传播2.电磁波是横波3.电场与磁场大小的关系4.波速真空中5.电磁波的能量密度光具有波动性的判据干涉现象衍射现象光是横波的判据光是一种电磁波，光矢量用矢量表示光矢量,它在引起人眼视觉和底

2、片感光上起主要作用。偏振现象二、光是电磁波光色波长(nm)频率(Hz)中心波长(nm)红760~622660橙622~597610黄597~577570绿577~492540青492~470480兰470~455460紫455~400430可见光七彩颜色的波长和频率范围§14-1光源光的相干性§14-2光程光程差§14-4薄膜干涉﹡§14-5迈克耳逊干涉仪第十四章波动光学第一部分光的干涉§14-3杨氏干涉实验第二部分光的衍射﹡§14-9X射线的衍射布拉格方程§14-8衍射光栅§14-6光的衍射现象惠更斯－菲涅耳原理§14-7单缝和圆孔的夫琅和费衍射第三部分光的偏振§14-10

3、自然光和偏振光§14-11偏振片的起偏和检偏马吕斯定律§14-12反射和折射时光的偏振﹡§14-13双折射现象§14-1光源光波的相干性一、光源(1)热辐射(2)电致发光(3)光致发光(4)化学发光自发辐射(5)同步辐射(6)激光受激辐射发光机理光源的最基本发光单元是分子、原子。原子发光机制当原子吸收外界能量后，由低能级跃迁到高能级，但在高能级不稳定，又会从高能级跳回低能级。低能级波列L=c高能级E2E12.各原子发光是随机的，无固定相位差。1.原子每次发光的时间很短，只有10-8秒。对应的波列的长度称为相干长度.注意两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象，即使是同一个单色光

4、源的两部分发出的光，也不能产生干涉。无干涉现象1.普通光源：属于自发辐射结论：普通光源发光具有独立性、随机性、间歇性(1)一个分子(或原子)在一段时间内发出一列光波,发光时间持续约10－8~10－10s.(间歇性)(2)同一分子在不同时刻所发光的频率、振动方向不一定相同。（随机性、独立性）非相干(不同原子发的光)非相干(同一原子先后发的光).(3)各分子在同一时刻所发光的频率、振动方向、相位也不一定相同.(独立性、随机性).2.激光光源：受激辐射=(E2-E1)/hE1E2(频率、相位、振动方向)完全一样激光光源能发出频率、相位、振动方向、传播方向相同的光。二、光的单

5、色性单色光：具有同一波长（频率）的光（光学的理想化模型）同一种原子组成的光源发出的光波频率也有一定的宽度0oII0I0/2谱线宽度越小，谱线的单色性越好复色光：各种频率复合的光称为复色光普通光源所发光为复色光,单色光源发光为单色光.激光为最好的单色光源.谱线宽度：I0/2(I0是谱线最大强度)处的谱线的波长范围(或频率范围)普通单色光的谱线宽度：10-30.1nm激光的谱线宽度：10-910-6nm越小，光的单色性就越好。产生单色光的方法(1)利用色散;(2)利用滤波片;(3)利用单色光源;(4)激光三、光的相干性1.干涉现象两列光波相遇时,出

6、现稳定的明暗相间花样称为光的干涉现象.2.相干光满足相干条件：(1)频率相同；(2)振动方向相同；(3)相位差恒定.一般两独立普通光源发出的光不是相干光(激光除外),只有同一光源,同一发光区域,同一时刻发出的光(即同一原子,同一时刻)才满足相干条件.3.普通光源获得相干光的途径相干光只能从一个原子一次发光中获得。(1)分波面法(2)分振幅法四、如何获得相干光1.分波阵面法从点光源发出的同一波列的同一波面上，取出两个次波源，这两个此波源为相干光源。分波阵面法*光源2.分振幅法将光束中的每个波列都分成两列，二分波列为相干光。振幅分割法薄膜光的干涉部分主要讨论杨氏双缝干涉和薄膜干涉

7、。白光下的肥皂膜蝉翅在阳光下§14-2光程光程差§14-2光程光程差大学物理一光程光程差为什么要引入光程的概念？例子：相干光源s1、s2初相相同，到达p的距离相同，但经过的媒质不同，p点的干涉结果如何？结论：p点的干涉结果取决于两相干光在p点的相位差.p点的相位差计算能否化简呢？P**光在真空中走r长的距离相位改变了—真空中波长光在媒质中走r长的距离相位改变了因光通过媒质时频率不变—媒质中波长媒质中的波长媒质的折射率光在媒质中走r长的路相位改变了结论：光在媒质中走过r的路程引起的相位变化，等于光在真空