大学物理第6章-光的干涉.ppt

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1、以光的波动性质为基础，研究光的传播及规律。以光的粒子性为基础，研究光与物质相互作用的规律。光学以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中的传播规律。研究光的本性、光的传播和光与物质相互作用等规律的学科。光学：波动光学：量子光学：几何光学：前言1621年荷兰科学家斯涅耳（W.snell,1580~1626）从实验归纳出反射定律、折射定律，在此基础上诞生了几何光学。早在我国先秦时代（公元前400－382年），《墨经》中就详细论述了光的直线传播、针孔成像、光的反射以及平面镜、凹面镜和凸面镜的成像规律。而在之后约一百年，古希腊的

2、欧几里德也专门著书《光学》，对人眼为何能看到物体、光的反射性质、球面镜焦点等问题进行了探讨。光学发展简史一、几何光学时期光是什么?二、光的微粒说和波动说1668年英国科学家牛顿（Newton）提出光的微粒说，1678年荷兰物理学家惠更斯（Huygens）提出光的波动说。两种学说的争论持续了几个世纪，起初微粒说占优，到19世纪初，人们对光本质的认识逐渐趋向于波动说。下表例举了几个世纪以来两种学说的拥护者，以及它们刚被提出时的出发点和存在的问题：牛顿(Newton)光是一种粒子!光是一种波!惠更斯(Huygens)微粒说支

3、持者波动说牛顿（Newton）毕奥（Biot）拉普拉斯（Laplace）泊松（Poission）马吕斯（Malus）胡克（Hooke）惠更斯（Huygens）托马斯·杨（T.Young）夫琅和费(Fraunhofer)菲涅耳（Fresnel）傅科（Foucault）能够解释/无法解释（刚提出时）光的直线传播光的反射光的折射光在折射率大的介质中传播速率小光的干涉光的衍射光的直线传播光的反射光的折射光在折射率大的介质中传播速率小【该结论于1862年被傅科实验所证实】光的干涉光的衍射对光的波动说给予有力支持的几个实验：1、1

4、801年托马斯·杨（ThomasYoung）完成了著名的“杨氏双缝干涉”实验，并提出了干涉原理；2、1809年，马吕斯（Malus）发现了光的横波性；（尽管马吕斯当时认为他的发现是对波动说有力的驳斥）3、1815年，菲涅耳（Fresnel）综合了惠更斯子波假设和杨氏干涉原理，用次波干涉理论成功地解释了光的直线传播规律，并且定量地说明了光的衍射图样光强分布规律（如泊松亮斑）。赫兹（Hertz）麦克斯韦（Maxwell）1860年，麦克斯韦总结出麦克斯韦方程组，得出电磁波在真空中传播的速度等于光速c，从而预言光是一种电磁波

5、。1888年赫兹用实验证实了麦克斯韦的预言。通过大量实践可知，红外线、紫外线和X射线等都是电磁波，它们的区别仅是频率（波长）不同而已，从而使光的波动理论成为电磁理论的一部分。三、光的电磁学说光是一种电磁波。你的预言是对的！四、量子光学时期19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光的发生、光和物质的相互作用的微观结构中。一些新的实验，如热辐射、光电效应和康普顿效应等，用经典电磁波理论都无法解释。1900年普朗克提出辐射能量的量子化理论，成功地解释了黑体辐射问题。1905年爱因斯坦提出光量子理论，圆满地解释了光电效应。爱因

6、斯坦的结论于1923年被康普顿的散射实验所证实。普朗克（Planck）爱因斯坦（Einstein）康普顿（Compton）从光学发展史可以看出，光的干涉、衍射、偏振等现象证实了光的波动性，而黑体辐射、光电效应和康普顿效应等又证实了光的微粒性，光具有“波粒二相性”（Wave-particleduality）。光在传播的过程中主要表现出波动性，而在与物质相互作用时主要表现出微粒性。本章只讨论光的波动性。即主要研究光的干涉、衍射、偏振等问题。光的干涉(InterferenceofLight)两光波在空间相遇形成稳定的强弱分布

7、,称为干涉目录6.1光的发光机制6.1.1光源的发光机制相干光6.1.2光程与光程差6.2分波阵面干涉6.2.1杨氏双缝干涉6.2.2劳埃德镜与半波损失的验证6.3分振幅干涉6.3.1等倾干涉6.3.2等厚干涉6.3.3牛顿环6.3.4迈克尔孙干涉仪(1)第六章波动光学(WaveOptics)6.4光的衍射6.4.1光的衍射现象6.4.2惠更斯-菲涅耳原理6.4.3菲涅耳衍射夫琅和费衍射6.5夫琅和费的单缝衍射6.5.1夫琅和费单缝衍射的实验装置6.5.2用菲涅耳半波带分析夫琅和费单缝衍射图样6.5.3单缝衍射的条纹分

8、布6.6夫琅和费的圆孔衍射光学仪器的分辨本领6.6.1夫琅和费的圆孔衍射6.6.2光学仪器的分辨本领6.7光栅衍射6.7.1光栅6.7.2光栅衍射条纹特点6.7.3光栅光谱6.7.4光栅的分辨本领(2)6.8晶体对X射线的衍射6.8.1X射线的衍射实验6.8.2布拉格公式6.9光的偏振性6.9.1自然光线偏振光部分偏振光6.9.