《光的波粒二相性》PPT课件

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1、第一章辐射理论基础概要与激光产生的条件实验中采用大功率(1014KW)钕玻璃激光器核聚变实验的六路真空靶室光的发展简史1.牛顿和惠更斯与光的理论学说牛顿在1669年提出光的“微粒说”.他认为光是从光源发出的一种光微粒流,具有直线传播的性质.光微粒流有弹性,并且能被某些物质吸收.光微粒流遇到物质时,如果不被吸收,就会被弹回来.惠更斯在1678年提出光的“波动说”.他认为光从一处传播到另一处,是和水波类似的波.这两学说在相互争论中发展,一直持续了200多年,牛顿的微粒说能圆满地解释光的直线传播、反射等现象,因而在很长一个时期内占统治地位.但后来人们又在实验中发现,微粒说

2、不能解释光的干涉、衍射等现象.这就促使科学家们去探索新的答案.2.麦克斯韦建立了光的电磁理论19世纪初,电的发明和应用,将人类带进了电器时代。1863年英国物理学家麦克斯韦，以库仑、安培、法拉第在电学上的发现为基础作了进一步发展，创立了电磁波理论。其要点是：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，二者交替产生由近及远的传播，既电磁波。并建立了著名的麦克斯韦方程。1887年赫兹用实验的方法产生了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁波理论。1901年俄国物理学家列别捷夫用实验测定了光压，结果与电磁理论十分相互，从而进一步巩固了光的电磁理论，麦克斯韦电磁波的传播速度上有限的，其速

3、度在真空中为每秒30万公里，与光速一样，从而确认了光波也是电磁波。应用光的电磁波理论,基本上能比较完满地解释光的发射、折射、干涉、衍射、偏振、双折射等与光的传播性有关的一系列重要现象。3.爱因斯坦站在了巨人肩膀上电磁波理论虽然使光的波动说一度占领了光学领域，但19世纪末，实践中遇到的光与物质相互作用的许多现象却无法解释，如黑体辐射、光的吸收与发射、光电效应、光化学反应等。1905年，爱因斯坦发展了普朗克的量子家书假说，在一种全新的物理意义上提出了光子学说。光在本质上是由一些具有确定能量和动量的物质微粒——光量子或光子所组成，而光子的能量和动量的数值，与一定的光的频率

4、或波长相对应，即爱因斯坦认为光子既是粒子、同时又是波。光在与物质相互作用时粒子性明显，光在传播中则波动性突出。光的这种粒子性和波动性相互对立又并存的性质，叫做光的“波粒二象性”。一、光波——波长为4000埃～7600埃的电磁波电磁波--电磁场是E和B的振动由近及远传播的过程ZXY习惯上常把电矢量叫做光矢量,光波是横波.对电磁场----用经典电动力学的Maxwell方程组描述1—1光的波粒二象性1.线偏振光、自然光(1)偏振光（线偏振光）符号表示光振动只沿某一固定方向的光.振动面(2)自然光z传播方向2.光速、频率和波长三者的关系(a)波长:振动状态在经历一个周期的时

5、间内向前传播的距离。(b)光速(c)频率和周期：光矢量每秒钟振动的次数(d)三者的关系在真空中各种介质μ中传播时，保持其原有频率不变，而速度各不相同3.单色平面波——按照经典电磁理论，光电磁波的运动规律由麦克斯韦(C.Maxwell)方程决定。单色平面波是麦克斯韦方程的一种特解。波面——相位相同的空间各点构成的面平波面——波面是彼此平行的平面,且在无吸收介质中传播时,波的振幅保持不变。ZXY单色平波面——具有单一频率的平面波。实际上任何光波都不可能是全单色的，总有一定的频率宽度。当△v＜＜v0时，就叫准单色波。任意电磁场可看作是一系列单色平面电磁波的线性叠加ZXY简

6、谐波——理想单色平面波①.简谐振子模型两式统一写成②.简谐波方程光波具有时间周期性和空间周期性分析：(a)z一定时，则U代表场矢量在该点作时间上的周期振动(c)z、t同时变化时，则U代表一个行波方程，代表两个不同时刻空间各点的振动状态。从下式可看出，光波具有时间周期性和空间周期性。时间周期为T，空间周期为；时间频率为1/T，空间频率为1/(b)t一定时，则U代表场矢量随位置的不同作空间的周期变化简谐波是具有单一频率的单色波，但通常原子发光的时间约为10－8s，形成的波列长度约等于3m，因此它的波列长度有限即必然有一定的频率宽度。电磁波的传播③.平面波的复数表示

7、法、光强其中：U0代表振幅在空间的分布，其辐角（-kz）代表相位在空间的分布。光强：④.球面波及其复数表示法⑤.简谐波波矢——空间角频率波矢k是一个矢量，方向沿着光线传播的方向。它表示2π长度内含有的“完整”波的数目⑥.光波模——以某一波矢为标记的驻波在激光理论中，光波模是一个很重要的概念。在自由空间，具有任意波矢的单色波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间内（例如谐振腔），只能存在一系列独立的具有特定波矢k的平面单色驻波。一种模式是电磁波运动的一种类型，不同模式以不同的k区分。二、光子引言：爱因斯坦断言：光是由光子组成（一）.光子的基本性质①一定种类的光子