2光的本性2.ppt

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1、光的波动性---干涉、衍射及偏振等特性。频率相同振动方向相同相位相同具有固定相位差相遇时，在相遇的区域内产生干涉现象。当光波间如图，点着酒精灯，在其火焰上洒一些食盐，使酒精灯便发出黄色的火焰。把带肥皂液薄膜的金属圈放在酒精灯旁适当的位置，使眼睛恰能看到由薄膜反射而生成的黄色火焰的虚像。当肥皂薄膜下垂到一定程度，就在虚像上出现了明暗相间的干涉条纹。干涉条纹形成的原因：竖立的肥皂薄膜在重力作用下形成了上薄下厚的楔形。当酒精灯的火焰照射到薄膜上时，分别从膜的前表面和后表面反射的两列光波，它们频率相同，方向一致，能产生干涉。不同单色光的薄膜干涉条纹可见，波长λ越长，干涉条纹越宽白光的

2、薄膜干涉条纹——彩色条纹肥皂泡和水面上的油膜所呈现的美丽色彩。光的波动性--光的衍射两个主要特点，①光传播方向会变，经障碍物后会绕到其几何阴影区域中去；②在几何阴影区附近，波的强度会有起伏。生活中，极少发现光绕到障碍物后面去的衍射现象只有当障碍物的尺寸与波长相近时，衍射现象才较显著。在空气中，无线电(10-103)米，可闻声波(102-10)米，其衍射现象极为常见而光波波长在可见光区是(0.4-0.7)微米，故其衍射现象少见。自然光或非偏振光如果电场振动方向漫无规则，则该光为光波的偏振特性偏振光电场矢量具有一定的规则振动面线偏振光的振动方向与传播方向构成的平面。部分偏振光园偏

3、振光椭园偏振光在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜面，能够阻挡这些偏振光，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。1.3-4光的相干性相干性问题，无线电波段中存在，由于无线电频率比较低，它们的相干性非常好。对于光波来说，是电磁波，由于它的频率高，它们的相干性较差，因此在那些与相干性有关的应用中，必须讨论这个问题。一、光的相干性光的相干性就是指在不同空间点、不同时刻的光波场的某些特性(例如光波场的相位)之间的相关性。时间相干空间相干光的相干有两种类型时

4、间相干性时间相干性是指同一空间点上，两个不同时刻光波场之间的相干性.或者说是指沿着光传播方向，离光源不同距离的两点，在同一时刻光波场之间的相干性。t1t1t1t2时间相干性的含义从原理上，可以在光路上两点通过两个分束器取出部分光，考察信号间的相关效应。两个信号相关，则可以由一点的光电场(振幅、相位)确定另一点的光电场(振幅、相位)。或由空间一点某时刻的光电场确定另一时刻的光电场。相干长度tC=LC/C，为相干时间，光波在该相干时间内是时间相干的。tC愈大，光的时间相干性愈好。改变两镜间的距离时，干涉条纹将产生变化。当镜间距离增加到某一长度LC时，干涉效应消失，这个长度称为相干

5、长度。光传播速度c为常数，相应该长度有一个光的传播时间.空间相干性空间相干性是指在同一时刻、垂直于光传播方向上的两个不同空间点上的光波场之间的相干性。如果两个信号相关，即可由一个空间点的光电场确定另一空间点的光电场。双孔屏上存在着一个以O点为对称中心的面积AC，只要S1和S2在AC之外，就不产生干涉现象。AC叫做相干面积。AC愈大，光的空间相干性愈好。空间相干性:光源理想点光源，屏上会看到清晰的干涉条纹。若固定光源到双孔的距离R，改变两孔的间隔，则干涉效应变化，随孔间距离增大，干涉条纹逐渐模糊。S1和S2处的场具有明显相干性的条件是ΔxΔθ≤λ表明，光源愈小，则具有空间相干性

6、的张角Δθ愈大。式中Δθ是两缝间距对光源的张角。二、光源的相干性光源分两类：普通光源(热光源)和激光光源光是由处于高激发态的原子(分子或离子)自发地跃迁到低能态时发射出来的。其发射过程并非无限延续，间断地发射极短的光波列.这些波列一般相隔很远(与每一个波列的持续时间相比)，在时间上是随机的。某原子发出的一些波列之间没有恒定的相位关系，是不相干的，不能产生干涉现象。一个长度有限的波列按傅里叶展开时，相当于在频带宽度Δν内的一系列正弦波的叠加，波列的持续时间τc与Δν之间有如下的关系：（τc）（Δν）≌1τc相干时间。光源发出的波列频带愈窄，单色性愈好，相干时间愈长，时间相干性

7、愈好。对于普通光源来说，它们产生波列的频带很宽，单色性很差，时间相干性很差。（τc）（Δν）≌1τc相干时间。对于普通光源从一个原子不同时刻发出的光波列间没有固定的相位关系外，处在激发态的各个原子之间彼此无关，不同原子所发出的光波之间，没有固定的相位关系。在双孔干涉实验中，由于光源有一定的大小，所以不同地方受激原子发出的光是不相干的，导致干涉效应很差。三、光子的相干性利用光子的概念说明光的相干性。ΔxΔθ≤λ它可写成(Δx)2≤(λ/Δθ)2该式的意义是：如果要求传播方向限于立体角(Δθ)2之内的光波是