大学物理光学

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1、第10章波动光学光的干涉光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素光的本性是什么？特征：光的直线传播、反射、折射等光是机械振动在一种所谓“以太”的介质中传播的机械波。特征：光的干涉、衍射和偏振等两种不同的学说①牛顿的“微粒说”光是由“光微粒”组成的。②惠更斯的“波动说”19世纪后半叶，麦克斯韦提出了电磁波理论，证明光是一种电磁波，形成了以电磁波理论为基础的波动光学。迈克尔逊的实验证明：电磁波的传播不需要介质。19世纪末到20世纪初，当人们深入到光与物质的相互作用时，发现光电效应、康普顿散射等现象无法用波动

2、学理论解释，只有从光的粒子性（光子）出发才能说明。即：光具有波粒二象性微粒说在相当长的时期内一直占统治地位。19世纪以来，随着实验技术的提高，光的干涉、衍射和偏振等证明光是一种波动，并且是横波，使光的波动说获得普遍的公认。§10.1光的相干性1、光的电磁理论要点可见光的波长范围400nm—760nm光速光波是电磁波,电磁波在真空中的传播速度,介质中而1nm=10-9m光是原子或分子的运动状态变化时辐射出来的大量处于激发态的原子自发地跃迁到低激发态或基态时就辐射电磁波（光波）。光强I——电磁波的能流密度相

3、对光强E是电场强度振幅2、光源光波是电磁波,包含和,对人眼或感光物质起作用的是,称矢量为光矢量。-13.6eV-3.4eV-1.5eV氢原子的发光跃迁波列原子发光的特性对于来自两个光源或同一光源的两部分的光，显然不满足相干条件,叠加时不产生光的强弱在空间稳定分布的干涉现象。间歇性每个原子或分子的辐射是断续的、无规则的，每次发光持续的时间约10-8s,即每次只能发出一个有限长的波列。原子发光后还可以受激发射第二个波列,…多样性各原子发出光的一般都不相同；独立性每个原子都是一个发光点,各个原子的发光彼此独立

4、，相互间无任何联系。由于微观辐射的这种随机性,来自同一原子或分子先后发出的各波列之间,以及不同原子或分子发出的一系列波列之间,在振动频率、振动方向和相位上没有联系，不满足相干条件。3、获得相干光的方法用单色性好的点光源，设法把光分成两部分，然后再叠加。（两部分光是取自同一原子的同一次发光）分波阵面法两相干光源从同一波阵面上分出分振幅法利用透明媒质上下表面对光的反射,把入射光的振幅分为两部分通常采用下面两种方法:分波阵面法单色光源分振幅法透明薄膜T.Young§11-2分波阵面干涉——杨氏双缝干涉1801

5、年，英国人托马斯.杨成功了一个判别光的性质的关键性实验。在观察屏上有明暗相间的等间距条纹，这只能用光是一种波来解释。杨还由此实验测出了光的波长。相干光源s1,s2从同一波阵面上分出,分波阵面法获得的光干涉r1r2S1S2S纵截面图等间距条纹杨氏双缝干涉1、双缝干涉的干涉条纹r2r1xPSs1s2Ddo屏上P点是明(加强），是暗（减弱）决定波程差实验中，一般D约1m,而d约10-4m,即S1和S2是同相波源当干涉加强,x处为明纹k=0,1,2,…干涉相消,x处为暗纹k=1,2,3,…式中k为条纹级次0

6、级明纹1级明纹2级明纹-1级明纹-2级明纹明纹中心的位置k=0,1,2,…暗纹中心的位置k=1,2,3,…相邻两明纹或暗纹间的距离r2r1xPSs1s2Ddo结论:（1）杨氏双缝干涉，条纹平行等距，明暗相间，中央是0级明条纹；（2）一定，D大,d小，则大，条纹分得开；0级明纹1级明纹2级明纹-1级明纹-2级明纹r2r1xPSs1s2Ddo（3）D，d一定，大,则大。白光入射，同一级条纹(k一定)，红在外紫在内彩色分布，但中央明纹仍是白色。白光的双缝干涉条纹各单色光的0级明纹重合形成中央明纹(白色

7、)各单色光的1级明纹错开形成彩色光谱更高级次的光谱因重叠而模糊不清2、观察屏上的光强分布(了解)r1r2xPSs1s2Ddo当时，；当时，xoI4I13、洛埃镜实验s1直接射出的光和经平面镜反射的光构成相干光s1,s2是相干光源,等效杨氏的双缝。把屏移到L处，因，L处本应是明纹，但实际是暗纹。说明两相干光在L处有相位差,或有波程差。光从光疏媒质射到光密媒质界面反射时，反射光有半波损失。进一步的实验表明：§10.3光程与光程差光在不同介质中传播时，频率不变而波长改变。光在介质中经过路程r时相位改变为nr—

8、光程光在真空中经过路程r时相位改变为①②是光在介质中的波长。问题：能否用真空中的波长去量度介质中的相位改变呢?代入②1、光程真空或空气中，因n=1,nr=r,即光程等于几何程。如图：S1、S2是两相干光源即：相位差光程差δ2、光程差——两相干光源发出的光到叠加点(P点)的光程之差，用表示而它们在P点的相位差为为真空中的波长ndr2r1PS1到P点的光程为r1S2到P点的光程为则：两相干光源到P点的光程之差为3、透镜不引起附加光程差观察干涉、