第9章-1-波动光学-干涉剖析

2.
电E磁波E是0c电o场s强(度t Eur与)磁场强度HH
的矢量波;
H0cos
(t
r u
)
3. 光矢量: 对人眼和感光仪器起作用的主要是电场强
度E, 所以人们称电场强度E为光矢量.
E
E0cos (t
r u
)
三、光波的表达 E A1 cos t + ( j 2
1. 基本概念：
2pr )
l
光矢量E，光振动，振动面(振动方向与传播方向构成的平面)
光学：
物理光学：光的本性，传播、干涉、衍射、偏振
波动光学：光的波动性 物理光学
量子光学：光的粒子性
波动光学：用波动理论解释光的干涉、衍射、
偏振现象，电磁场理论
本章主要内容：波动光学 •光的干涉(Interference )； •光的衍射(Diffraction of Light )； •光的偏振性（横波 Polarization of Light ）。
光的认识过程：
（1）16、17和18世纪： 惠更斯的波动学说和牛顿的微粒学说
（2）19世纪初期： 杨氏----菲涅尔:波动学说
（3）麦克斯韦理论------光是电磁波 （4）光子假说------爱因斯坦和普朗克 （5）现代学说-------波粒二象性
重要的历史人物（波动光学）：
托马斯.杨(Thomas Young)：1773~1829，英国物理
相干光的获得原理：使普通光源的同一个点发出的光 分成两个或两个以上的相干光束, 使它们各经过不同 的路径后再相遇产生干涉。
1.分波阵面法 在同一波面上取两个点，使子波经过不同的路径
后再相遇产生干涉的方法为分波阵面法。如杨氏双缝 干涉实验。
2.分振幅法 一束光线经过介质薄膜界面的反射与折射，形成
的两束光线产生干涉的方法为分振幅法。如薄膜、劈 尖、牛顿环等。
频率(Hz)
3.9 1014 ~ 4.81014 4.81014 ~ 5.0 1014 5.0 1014 ~ 5.4 1014 5.4 1014 ~ 6.11014 6.11014 ~ 6.4 1014 6.4 1014 ~ 6.6 1014 6.6 1014 ~ 7.51014
中心波长 (nm) 660 610 570 540 480 460 430
(光谱特征) ： ⑴线谱光源：如气体放电管、钠光灯、
水银灯等；
⑵连续谱光源：（或热辐射光源）如 白炽灯、弧光灯、太阳等；
常用单色光源
(一)、光源的发光机制能：级跃迁辐射 高能级E2
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低能级E1
光子
普通光源：自发辐射。每一个分子和原子都相当于 一个小光源，(1)它们所发出的波的振幅、相位、振 动方向各不相同；(2)原子发光是间歇的，眼睛感觉 到的光强是平均光强; （3）波列的长度即相干长度
· ·
独立(不同原子发的光)
结论：普通光源 独立(同一原子先后发的光) 不是相干光源。
普通光源：太阳光、电灯、手电筒、煤油灯等发 出来的光，没有干涉现象发生，为什么？
因为它们不是相干波源，发射的光波不是相干波， 所以普通光相遇，没有干涉现象发生。
相干光
问题二
（三）、相干光的获得
一入射波传播到带有小孔的屏时，不论入射波的波阵面是 什么形状，通过小孔时，在小孔的另一侧都产生以小孔作为 点波源的前进球面波，可将其抽象为从小孔处发出的一种次 波或球面子波，其频率与入射波频率相同。
二、光的本质
光具有波动性和粒子性，合称波粒二象性。 光的波动性是指光是某一波段的电磁波。
光在不同媒质的分界面上会发生反射和折射现象； 在传播过程中出现干涉、衍射和偏振等现象。
光在真空中的传播速度为：
c 3108 m / s
光的粒子性是指光是由单个的光子构成的。光电效应
实验可以证明这一点。
1. 光是电磁波, 其波动方程是什么?
第四节
9
第一丝光线照临大地， 新的一天开始了！
光：light
地球的母亲！
万物生长靠太阳
•太阳的能量就是通过光波送到地球！ •五光十色，缤纷的世界，光是主角！ •光通信技术！ •激光的发明，一场新技术革命！ •通过光，人类知道遥远的星空发生的事件！ •通过光，人类知道微观世界发生的事件！ •………...
光波是横波 E＝ A1 cos ( t + j 1)
光波
（一）.产生相干光的条件
两束光： 1. 频率相同； 2. 振动方向一致；
E1
E
E2
3. 有恒定的相位差；
y1 A1 cos t + ( j 1 y2 A2 cos t + ( j 2
2pr1 )
l
2pr2 )
l
（二）.光源 光源种类：热辐射、电致发光、光致发光、化学发光
学家，医师，主要贡献：（1）光学----杨氏干涉实验，向牛 顿的微粒学说挑战；（2）材料力学----杨氏模量；（3）生 理学-----眼对光的感受，三色原理。
夫琅和费（Toseph Von Fraunhefer)：1787~1826，
德国物理学家，光学家，天体分光学的创始人，主要贡献： （1）天体光谱观测；（2）夫琅和费衍射实验；（3）发明 衍射光栅，并刻出世界上第一块光栅。
一、光谱
光谱——光的强度按频率（或波长）的分布
λ (nm)
紫外区
可见光区
紫 光
红外区 红 光
•可见光: 光在人眼视觉范围内的波段为
400nm 760nm，
可见光
可见光七彩颜色的波长和频率范围
光色 波长(nm) 红 760~622 橙 622~597 黄 597~577 绿 577~492 青 492~470 兰 470~455 紫 455~400
波源
S1
分波阵面法
S2
相干光的产生方法： 分振幅法
分波阵面法
s1
光源 *
s2
第三节
托马斯.杨
一. 杨氏双缝干涉实验
杨氏双缝干涉实验装置：
S 线光源，G 是一个遮光屏，其上有两条与 S 平行的狭缝 S1、S2，且与S 等距离，因此S1、S2 是相干光源，且相位相同； S1、S2 之间的距离是d ，到屏的距离是D。(D>>d)
菲涅尔（Augustin Jean Fresnel): 1788~1827，法国
物理学家，数学家，发明家和工程师，主要贡献：（1）菲涅尔
衍射实验；（2）惠更斯--菲涅尔原理；（3）波动光学的主要
创始人。
光学是研究光的本性、光的传播、光与物质相互 作用以及光在科学研究和技术中各种应用的科学；
几何光学：光的直线传播、反射、折射