大学物理第13章ppt课件.ppt

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1、大学物理目录第四篇波动学第11章机械振动第12章机械波第13章波动光学目录第十三章波动光学第一节光的相干性第二节分波面法干涉第三节分振幅法干涉第四节单缝衍射目录第十三章波动光学第五节光栅衍射第六节圆孔衍射第七节光的偏振第十三章波动光学光学是物理学中发展最早的学科之一，是物理学的一个重要分支，其主要研究光的本性，光的发射、传播和吸收的规律.光与其他物质相互作用，以光的直线传播性质为基础，研究光在透明介质中传播的光学，称为几何光学；光与物质相互作用时，从微观上显示出以光的量子性为基础来研究的光学，称为量子光学.波动光学和量子光学又统称为物

2、理光学.波动光学实际上是惠更斯和胡克所倡导的光的波动说的发展.19世纪初，托马斯·杨发现了光的干涉现象，并测出光波的波长.菲涅耳完成了光的干涉和衍射实验.麦克斯韦、赫兹等建立的光的电磁理论，为光的波动说奠定了牢固的基础.波动光学是以光的波动性为基础，研究光在透明介质中的传播及其规律的光学.本章将以光的波动说为基础，研究光的本质及其传播的规律.第一节光的相干性干涉现象是波动过程的基本特性之一，在第12章研究波的干涉现象时，讨论了两列波相遇时产生干涉的条件，即频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差保持恒定不变.光是电磁波，具有波动的属性

3、，两列光波在空间相遇是否能产生光的干涉现象，取决于两个条件：一是两列波要在空间相遇，二是这两列波是相干波.在两相干波相遇的区域内，有些点的振幅始终加强；有些点的振幅始终削弱或完全抵消，形成明暗相间的图案，即产生光的干涉现象.第一节光的相干性光波一、光波的概念1.光波是电磁波的一部分，仅占电磁波谱很小的一部分，它与无线电波、X射线等其他电磁波的区别只是频率不同，能够引起人眼视觉的那部分电磁波称为可见光.光源发出的频率为1022～1026Hz的电磁波泛称为光.光包括红外光、可见光和紫外光三部分.可见光的频率为3.9×1014~7.5×10

4、14Hz.在可见光范围内，不同频率的光将引起不同的颜色感觉，下表为各光色与频率（或真空中波长）的对照，光在波长从小到大过程中呈现出由紫到红等各种颜色.第一节光的相干性第一节光的相干性光的速度与折射率2.光在真空中的速度为光在介质中的传播速度为第一节光的相干性光矢量3.可见光是能激起人视觉的电磁波.对于光波来说，传播的是交变的电磁场（用E和H表示）.实验表明，在这两个矢量中，能引起视觉效应和照相底片感光作用的是光波中的电场，所以光学中常把电场强度E代表光振动，并把E矢量称为光矢量.光振动指的是电场强度随时间周期性的变化.第一节光的相干性

5、第一节光的相干性光源二、大量原子受外来激励会处于激发状态.处于激发状态的原子是不稳定的，它要自发地向低能级状态跃迁，并同时向外辐射电磁波.由于原子发光的无规则性，同一个原子先后发出的波列之间及不同原子发出的波列之间都没有固定的相位关系，且振动方向和频率也不尽相同，这就决定了两个独立的普通光源发出的光不是相干光，因而不能产生干涉现象，如图13-1（a）所示.图13-1（b）所示为波列的叠加，两个独立光源中原子1和原子2各自发出一系列的波列，当它们到达P点时，因为不符合相干条件，所以不会产生干涉.故两个独立的光源不能构成相干光源，不仅如此

6、，即使是同一个光源上不同部分发出的光，也不会产生干涉.第一节光的相干性图13-1光波波列第一节光的相干性若两列光矢量满足波的相干条件，则它们是相干光，其波源是相干光源.机械波的波源可以发出连续的余弦波，其相干条件比较容易满足，因此观察这些波的干涉就比较方便.对于光波，情况就有所不同.例如，在暗房放两只发光频率完全相同的钠光灯，在它们所发出的光都能照到的区域，却观察不到光强的明暗变化.这表明，虽然它们所发出的光相同，但却不是相干光源，这是由光源发光本质的复杂性所决定的.第一节光的相干性光的干涉三、两个普通光源或者同一光源的不同部分发出的

7、光是不满足相干条件的.近代发展起来的激光光源是一种受激辐射，光源中的各个原子或分子能发出振动方向相同，频率相同，初相位一致的光波列，使得来自两个独立的激光光源或同一激光光源上不同部分的光有可能相干.按照波的叠加原理，当两列波在空间相遇时发生干涉现象需满足振动频率相同，振动方向相同,相位相同或相位差恒定.第一节光的相干性对于真空中传播的光或在介质中传播的光，当几列光波在空间相遇时，其合成光波的光矢量E满足光波叠加原理，等于各分光波的光矢量E1、E2、…、En的矢量和，即E=E1+E2+…+En设两列振动方向相同、频率相同的光波，在空间

8、某点相遇时，它们在该点引起的光振动分别为E1=E10cos(ωt+φ1)E2=E20cos(ωt+φ2)第一节光的相干性式中，E1、E2和φ1、φ2分别为两分振动的振幅和初相位.其合成光波的振动方程为E=E1+E2=E0