波动光学 施卫主编ppt课件
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大学物理波动光学一PPT课件
超快光谱技术
介绍超快光谱技术的原理、方法及应 用，如泵浦-探测技术、时间分辨光谱 技术等。
超短脉冲激光技术
详细介绍超短脉冲激光技术的原理、 实现方法及应用领域，如飞秒激光技 术、阿秒激光技术等。
未来光学技术挑战和机遇
光学技术的挑战
阐述当前光学技术面临 的挑战，如光学器件的 微型化、集成化、高性 能化等。
大学物理波动光学一 PPT课件
目录
• 波动光学基本概念与原理 • 干涉原理及应用 • 衍射原理及应用 • 偏振现象与物质性质研究 • 现代光学技术进展与挑战
01
波动光学基本概念与原理
光波性质及描述方法
光波是一种电磁波，具有波动性 质，可以用振幅、频率、波长等
物理量来描述。
光波在真空中的传播速度最快， 且在不同介质中传播速度不同。
01
02
03
04
摄影
利用偏振滤镜消除反射光和散 射光，提高照片清晰度和色彩
饱和度。
液晶显示
利用液晶分子的旋光性控制偏 振光的透射和反射，实现图像
显示。
光学仪器
如偏振光显微镜、偏振光谱仪 等，利用偏振光的特性进行物
质分析和检测。
其他领域
如生物医学、材料科学、环境 科学等，利用偏振光的特性进
行研究和应用。
01
牛顿环实验装置与步骤
介绍牛顿环实验的基本装置和操作步骤，包括凸透镜、平面镜、光源等
。
02
牛顿环测量光学表面反射相移
阐述如何通过牛顿环实验测量光学表面反射相移的原理和方法。
03
等厚干涉原理及应用
探讨等厚干涉的基本原理，以及其在光学测量和光学器件设计中的应用
。
多光束干涉及其应用
大学物理上-第7章-波动光学PPT课件
n 的介质中后，波长n , 光速为 v ,则有：
C 而n C
v n
v
n
n
结论：同一频率的光在不同介质中波长不相同。
在一条波线上，光在介质中前进L，相位改变为：
2 L 2 nL
n
15
2 L 2 nL
n
结论：同一频率的光在折射率为n的介质中通过L距离
时引起的相位改变和光在真空中通过nL距离时所引起
解：覆盖玻璃前 r2r10
d
覆盖玻璃后
S1
r 2 n 2 d d ( r 1 n 2 d d ) 5
n1 r1
O
(n2n1)d5
S2
n2 r2
d 5 8106m
n2 n1
20
3.透镜近轴光线的等光程性 透镜可以改变光线的传播方向，但是在光路中
放入薄透镜不会引起附加的光程差。
F F
的相位改变相同。
光程：光在介质中传播的波程与介质折射率的乘积。
nL
设光在折射率为n的介质中传播的路程为L，有：Lvt
n C 有： L c t , nLct
v
n
光程意义：光在介质中所通过的路程L就相当于在相同 的时间内光在真空中通过的路程=nL。
16
如果光线穿过多种介质时，其光程为：
n 1 r 1 n 2 r2 n n rn n ni ri i 1
xxk 1xk
D a
条纹特点：条纹明暗相间平行等距。
明 纹
4 3 2 1 0I 1 2 3 4
10
复色光源的干涉条纹 若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。
xk
kD
a
当用白光照射双缝时，由于波长不同，同一级明纹
的位置不同，
第14章波动光学基础ppt课件
解 (1) 明纹间距分别为
xD 60 5 .8 0 913 4 0 0 .3m 5 m
d
1 .0
xD 6 05 .8 0 9 1 3 4 0 0 .0m 35m
d
10
(2) 双缝间距 d 为
dD 60 5.0 89 13 4 05.4mm
x
0.065
例 用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d ，缝面与 屏距离为 D
r1
n
2 n(r2d)n dnr1 S 2 r2
n d
•P
物象之间等光程原理
光程1
S•
光程2 •S
光程3
光程1=光程2=光程3
例 用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条 缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹的 位置上。如果入射光波长为 550 nm
求 此云母片的厚度是多少？
3. 若M1平移 d 时，干涉条纹移过 N 条，则有
dN
2
四. 时间相干性
Байду номын сангаас
两光束产生干涉效应的最大光程差称为相干长度,与相干长
度对应的光传播时间称为相干时间
相干长度 L 和谱线宽度 之间的关系为 L2
五. 应用
1. 微小位移测量
dN
2
2. 测波长
2d
N
3. 测折射率
§14.7 惠更斯—菲涅耳原理
E
O
u
相位相同
z
(2) 电磁波是横波 E H /u /
H
x
二. 光是电磁波
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
《波动光学》ppt课件
物理意义
马吕斯定律是定量描述偏振光通过检偏器后透射光强与入射线 偏振光和检偏器透振方向夹角之间关系的定律，是波动光学中 的重要公式之一。
晶体中双折射现象解释
双折射现象
当一束光入射到各向异性的晶体时，会分成两束光沿不同方向折 射的现象。
产生原因
晶体内部原子排列的规律性使得晶体具有各向异性，导致不同方向 上折射率不同。
研究中的应用。
03
非线性波动光学应ห้องสมุดไป่ตู้领域
概述非线性波动光学在光通信、光计算、光信息处理等领域的应用前景。
量子波动光学发展动态
量子波动光学基本概念
阐述光的量子性质及其与波动光学的关系，包括光子、量子态、量子纠缠等。
量子波动光学研究方法
介绍量子光学实验技术、量子信息处理方法等在量子波动光学研究中的应用。
薄膜干涉实验操作
阐述薄膜干涉实验的基 本原理和实验方法，包 括等厚干涉和等倾干涉 的实现方式及条纹特征。
衍射实验数据处理方法分享
衍射实验基本概念
解释衍射现象的产生条件和基本原理，介绍衍射光栅、单 缝衍射等实验方法。
01
衍射光栅数据处理
分享衍射光栅实验的数据处理技巧，包 括光栅常数、波长等参数的测量方法和 误差分析。
03
复杂介质中波动光 学应用领域
概述复杂介质中波动光学在生物 医学成像、环境监测与治理、新 能源等领域的应用前景。
06
实验方法与技巧指 导
基本干涉实验操作规范介绍
干涉实验基本概念
阐述干涉现象的产生条 件和基本原理，解释相 干光波的概念及获得方 法。
双缝干涉实验操作
详细介绍双缝干涉实验 的实验装置、操作步骤 和注意事项，以及双缝 干涉条纹的特点和分析 方法。
马吕斯定律是定量描述偏振光通过检偏器后透射光强与入射线 偏振光和检偏器透振方向夹角之间关系的定律，是波动光学中 的重要公式之一。
晶体中双折射现象解释
双折射现象
当一束光入射到各向异性的晶体时，会分成两束光沿不同方向折 射的现象。
产生原因
晶体内部原子排列的规律性使得晶体具有各向异性，导致不同方向 上折射率不同。
研究中的应用。
03
非线性波动光学应ห้องสมุดไป่ตู้领域
概述非线性波动光学在光通信、光计算、光信息处理等领域的应用前景。
量子波动光学发展动态
量子波动光学基本概念
阐述光的量子性质及其与波动光学的关系，包括光子、量子态、量子纠缠等。
量子波动光学研究方法
介绍量子光学实验技术、量子信息处理方法等在量子波动光学研究中的应用。
薄膜干涉实验操作
阐述薄膜干涉实验的基 本原理和实验方法，包 括等厚干涉和等倾干涉 的实现方式及条纹特征。
衍射实验数据处理方法分享
衍射实验基本概念
解释衍射现象的产生条件和基本原理，介绍衍射光栅、单 缝衍射等实验方法。
01
衍射光栅数据处理
分享衍射光栅实验的数据处理技巧，包 括光栅常数、波长等参数的测量方法和 误差分析。
03
复杂介质中波动光 学应用领域
概述复杂介质中波动光学在生物 医学成像、环境监测与治理、新 能源等领域的应用前景。
06
实验方法与技巧指 导
基本干涉实验操作规范介绍
干涉实验基本概念
阐述干涉现象的产生条 件和基本原理，解释相 干光波的概念及获得方 法。
双缝干涉实验操作
详细介绍双缝干涉实验 的实验装置、操作步骤 和注意事项，以及双缝 干涉条纹的特点和分析 方法。
第二章波动光学引论.ppt
同一波线上的线偏振光的光振动均处于同一
振动面上，又称线偏振光为平面偏振光。
线偏振光是偏振程度最强的光，又称线偏振
光为全偏振光。
3）线偏振光通过偏振片后的光强度
线偏振光
I0
P I
若入射的线偏振光强为：I 0
旋转偏振片P一周，
出射光强的变化为：I I0 0 I0
存在一个消光方向 , 在垂直 P 的透振方向上
y
E
O
x
2）椭圆偏振光通过偏振片后的光强度
P
椭圆振光
I I0
若入射的部分偏振光强为I 0
旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：
I I M I m I M ,没有消光现象出现
I M与
I
的振动方向垂直。
m
3）椭圆偏振光能够分解成两束互相
垂直的线偏振光 y
E
Exiˆ
Ey
ˆj
Ex Ax cos(t)
3．光的五种偏振态
1）光是横波，才有不同的偏振状态
2）光波的五种偏振态： 线偏振光、自然光、部分偏振光、 圆偏振光和椭圆偏振光。
4．线偏振光
1)线偏振光的定义：
在垂直光传播方向的平面上，只有单一 方向的振动矢量，随着时间的推移，振 动矢量只改变大小、不改变方向。
2)振动面与平面偏振光
振动面：
线偏振光的传播方向与 振动方向构成的平面。
若两束线偏振光之间有稳定的相位差，
就能合成线偏振光、圆偏振光或椭圆偏 振光，不是自然光了。
9）部分偏振光能够分解成两束线偏振光
两束线偏振光的关系是：
（1）分解的方向可以任意，但两线偏振 光的方向必须互相垂直
（2）两束线偏振光的光强分别为 I M 与 I m
振动面上，又称线偏振光为平面偏振光。
线偏振光是偏振程度最强的光，又称线偏振
光为全偏振光。
3）线偏振光通过偏振片后的光强度
线偏振光
I0
P I
若入射的线偏振光强为：I 0
旋转偏振片P一周，
出射光强的变化为：I I0 0 I0
存在一个消光方向 , 在垂直 P 的透振方向上
y
E
O
x
2）椭圆偏振光通过偏振片后的光强度
P
椭圆振光
I I0
若入射的部分偏振光强为I 0
旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：
I I M I m I M ,没有消光现象出现
I M与
I
的振动方向垂直。
m
3）椭圆偏振光能够分解成两束互相
垂直的线偏振光 y
E
Exiˆ
Ey
ˆj
Ex Ax cos(t)
3．光的五种偏振态
1）光是横波，才有不同的偏振状态
2）光波的五种偏振态： 线偏振光、自然光、部分偏振光、 圆偏振光和椭圆偏振光。
4．线偏振光
1)线偏振光的定义：
在垂直光传播方向的平面上，只有单一 方向的振动矢量，随着时间的推移，振 动矢量只改变大小、不改变方向。
2)振动面与平面偏振光
振动面：
线偏振光的传播方向与 振动方向构成的平面。
若两束线偏振光之间有稳定的相位差，
就能合成线偏振光、圆偏振光或椭圆偏 振光，不是自然光了。
9）部分偏振光能够分解成两束线偏振光
两束线偏振光的关系是：
（1）分解的方向可以任意，但两线偏振 光的方向必须互相垂直
（2）两束线偏振光的光强分别为 I M 与 I m
波动光学第1讲——光的干涉 杨氏双缝干涉.ppt
三棱镜 滤光片 激光器件
三. 光的相干性
光的干涉现象：
当两列相干光相遇时,在相遇空间出现明暗稳定 分布的现象
1、原子的发光机理
E
0
E 3
1.5eV
E 2
3.4eV
E 1
13.6eV
波列
E
E 3
波列长L =
E
c (E E )/h
2
2
1
E
1
● ●
●
●
0 1.5eV 3.4eV
d
(n 1)d 3.5
S1
r1
d 3.5
n 1
a
S2
r2 D
o
3.5 632 .8 10 9 1.4 1
5.5 10 -6 m
作 业 题：习题16.12、16.14、16.15； 预习内容：§16.4-16.5 复习内容： 本讲
2、相干光的获得
利用普通光源获得相干光的方法的基本原理是把由 光源同一点发出的光设法分成两部分，然后再使这两部分
叠加起来。
分波阵面法
在同一波面上两固定点光源，发出的光 产生干涉的方法为分波面法。如杨氏双 缝干涉实验（图1）
分振幅法
一束光线经过介质薄膜的反射与折射， 形成的两束光线产生干涉的方法为分振 幅法。如薄膜干涉（图2）。
讨论
以中央明条纹为中心、两侧对称分布的、 平行等距的明暗相间的直条纹
三．菲涅耳双棱镜干涉
P
S： 线光源 B： 障碍物
B
P： 屏
S
:M1、M2：平面镜
A： 镜交线 镜面夹角
S1M21
S2
A M2
O
r : S与A距离
三. 光的相干性
光的干涉现象：
当两列相干光相遇时,在相遇空间出现明暗稳定 分布的现象
1、原子的发光机理
E
0
E 3
1.5eV
E 2
3.4eV
E 1
13.6eV
波列
E
E 3
波列长L =
E
c (E E )/h
2
2
1
E
1
● ●
●
●
0 1.5eV 3.4eV
d
(n 1)d 3.5
S1
r1
d 3.5
n 1
a
S2
r2 D
o
3.5 632 .8 10 9 1.4 1
5.5 10 -6 m
作 业 题：习题16.12、16.14、16.15； 预习内容：§16.4-16.5 复习内容： 本讲
2、相干光的获得
利用普通光源获得相干光的方法的基本原理是把由 光源同一点发出的光设法分成两部分，然后再使这两部分
叠加起来。
分波阵面法
在同一波面上两固定点光源，发出的光 产生干涉的方法为分波面法。如杨氏双 缝干涉实验（图1）
分振幅法
一束光线经过介质薄膜的反射与折射， 形成的两束光线产生干涉的方法为分振 幅法。如薄膜干涉（图2）。
讨论
以中央明条纹为中心、两侧对称分布的、 平行等距的明暗相间的直条纹
三．菲涅耳双棱镜干涉
P
S： 线光源 B： 障碍物
B
P： 屏
S
:M1、M2：平面镜
A： 镜交线 镜面夹角
S1M21
S2
A M2
O
r : S与A距离
《波动光学基础》PPT课件 (2)
1.光程差的计算
n2AB BC n1DC
S·
反射光2 反射光1
因为 AB BC d
cos DC ACsini 2dtan sini
n1sini n2sin
n1 1
2
i
D
n2
AC
d
n1
B
光程差 2n2 AB n1DC 2d n22 n12sin 2i 2n2dcos
在上述情况中，无论n1 n2，还是n1 n2，总会有半波损 失出现，因此，光程差应为：
d
10
(2) 双缝间距 d 为
d D 600 5.893104 5.4mm
x
0.065
例 用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d ，缝面与屏 距离为 D
求 能观察到的清晰可见光谱的级次 解 在400 ~ 760 nm 范围内，明纹条件为
xd k
D
最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光
现象，提出了三原色理论；
材料力学：杨氏弹性模量；
考古学：破译古埃及石碑上的文字。
杨氏双缝干涉实验
• 实验现象
s1
S
s2
明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置
为了观察到较清晰的干涉图样，实验装置应该满足：
（1）S1 、S2 间距较小，约为0.1 ～ 1 mm ；而且它们与S 的
距离相等；（3）光屏 M与双缝S1 、S2 间距较大，约为1 m ；
x (2k 1) D
2d
（光强极小位置—暗条纹）
(2k 1) D k 1, 2,… （没有零级暗条纹）
2d
讨论
(1) 屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为
x D
d
一系列平行的 明暗相间条纹
波动光学ppt课件
D
双缝屏
➢实现双缝干涉的条件：
像屏
d >>λ，D >> d (d 10 -4m, D 100 m)
波程差：
r2
r1
d
sin
d
tg
d
x D
dx
D
(几何路程差)
相位差： 2
(2 1 )
1.明条纹条件 2k
2
明条纹位置
xk
k
D d
(k 0,1,2…)
.10.
k 为条
(k 0,1,2…) 纹级次
的位相， 相当于反射光少走 / 2的光程.
*四、相干长度与相干时间
、
.13.
(一). 光的非单色性
1.理想的单色光
2.准单色光、谱线宽度
• 准单色光：在某个中心波长(频率)附近有一
定波长(频率)范围的光。
I
• 谱线宽度：
I0
• 造成谱线宽度的原因 自然宽度 I0 /2
谱线宽度
Ei+1
·
Ei+1
E2 0
E2 10
E2 20
2E10 E20
cos
E20
E0
E10
I E02
I1 E120
I2
E
2 20
.7.
I I1 I2 2 I1 I2 cos
2
1
2
(r2
r1 )
▲相干加强条件 2k , (k = 0,1,2,3…)
I Imax I1 I2 2 I1I2
▲相干减弱条件 (2k 1) , (k = 0,1,2,3…)
的辐射能量,称为 辐射强度,也称坡印廷矢量: S EH
第7章 波动光学(干涉)-PPT课件
光通过媒质时频率 不变，但波长要改变，设为' 。 媒质中光从a到b相位改变
d nd 2π Δ 2 π b a '
a ' · d
b · 媒质
…真空中波长
从相位看：媒质中距离d 包含的波长数与真空中距离 nd 包含的波长数相同，即二者产生相同的相差。
14
nd —在折射率为 n 的媒质中，光走距离 d 的等效真空路程，称为光程 nd
第7章 波动光学
1
几何光学：以光的直线传播规律为基础， 研究各种光学仪器的理论。 波动光学：以光的电磁波本性为基础， 研究传播规律，特别是干涉、衍射、偏振 的理论和应用。 量子光学：以光的量子理论为基础， 研究光与物质相互作用的规律。 20世纪60年代激光问世后，光学有了 飞速的发展，形成了非线性光学等现代光学。
设两束光经历的光程分别为 1和2，这两束光的 光程差写作： 2 1 如果两相干波源同相位，则这两束光在 Δ 2 π 相遇点引起的两个振动的相位差为
【例】 r1 n d r2 · P
S1
S2
2 π
r d nd r 2 1
2 π r r n 1 d 2 1
7
造成谱线宽度的主要原因： （1） 自然增宽：由能级自然宽度形成。 原子处在各激发态有一定的寿命 ， 存在不确定关系： · Ej Ej Δ E h
Eiຫໍສະໝຸດ Ei E Ej i h
（2） 多普勒增宽：分子、原子的热运动引起。
（3） 碰撞增宽：碰撞也可增加原子能级宽度。 由于谱线频率的展宽， 一般波列的长度只有几厘米或几毫米。
x r r d sin d tan d 在 较小的情况下 2 1 D
d nd 2π Δ 2 π b a '
a ' · d
b · 媒质
…真空中波长
从相位看：媒质中距离d 包含的波长数与真空中距离 nd 包含的波长数相同，即二者产生相同的相差。
14
nd —在折射率为 n 的媒质中，光走距离 d 的等效真空路程，称为光程 nd
第7章 波动光学
1
几何光学：以光的直线传播规律为基础， 研究各种光学仪器的理论。 波动光学：以光的电磁波本性为基础， 研究传播规律，特别是干涉、衍射、偏振 的理论和应用。 量子光学：以光的量子理论为基础， 研究光与物质相互作用的规律。 20世纪60年代激光问世后，光学有了 飞速的发展，形成了非线性光学等现代光学。
设两束光经历的光程分别为 1和2，这两束光的 光程差写作： 2 1 如果两相干波源同相位，则这两束光在 Δ 2 π 相遇点引起的两个振动的相位差为
【例】 r1 n d r2 · P
S1
S2
2 π
r d nd r 2 1
2 π r r n 1 d 2 1
7
造成谱线宽度的主要原因： （1） 自然增宽：由能级自然宽度形成。 原子处在各激发态有一定的寿命 ， 存在不确定关系： · Ej Ej Δ E h
Eiຫໍສະໝຸດ Ei E Ej i h
（2） 多普勒增宽：分子、原子的热运动引起。
（3） 碰撞增宽：碰撞也可增加原子能级宽度。 由于谱线频率的展宽， 一般波列的长度只有几厘米或几毫米。
x r r d sin d tan d 在 较小的情况下 2 1 D
波动光学 施卫主编77页PPT
波动光学 施卫主编
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
第12章2波动光学.ppt
当入射光线正好在 光轴与晶体表面法线所 组成的平面内（即光轴 位于入射面内）时，o 光和 e 光的主平面以及 入射面三者重合，这个 重合面称为主截面。
由惠更斯原理解释双折射现象：
B
i
A
C
o,e
o,e
oe
oe
12-6-2 椭圆偏振光和圆偏振光 波片
如果两个同频率的线偏振光，振动方向相互垂 直，只要它们之间存在恒定的相位差，则在一般情 况下两者叠加后其合振动光矢量的端点将描绘出一 个椭圆，这样的光称为椭圆偏振光。
90 时
I
I min
1 2 I10
Imax 5Imin
1 2
I10
I 20
5
1 2
I10
I20 2I10
I10 I10 1 I0 I10 I20 3
I20 2 I0 3
例题 用两偏振片平行放置作为起偏器和检偏器
。在它们的偏振化方向成300角时，观测一入射自然
屎克郎借助月光辨别方向
多年来，科学家们一直想搞明白为什么一些 动物具有天生的方向感。瑞典的科学家日前宣 布，他们的研究表明，蜣螂的视网膜对月光的 偏振极为敏感，能够依靠月光偏振进行较为精 确的定位，从而能够在外出“觅食”时不会迷 路。
这是人类在动物定位系统研究领域的一个
重大发现。
在拍摄玻璃窗内的物体时，镜头前加偏振片， 使偏振片的透光方向与反射光的偏振方向垂直 去掉反射光的干扰
旋光物质：具有旋光性质的物质。
右旋物质：迎着光线射来 的方向观察，振动面按顺 时针方向旋转的物质。
左旋物质：振动面按逆时 针方向旋转的物质。
旋光度（θ）： 偏振光通过旋光物质后，其振动面 转过的角度。
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光学
几何光学 量子光学
波动光学
第十八章 波动光学
基本内容
• 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振
第一部分 光的干涉
相干波条件：频率相同、振动方向相同、恒定的位相差
§18.1 光的相干性
一、光的频率
单色光：频率恒定的一列无限长正弦（或余弦）光波。 原子中一次量子跃迁的持续发光时间的数量级为10-8s ，是一个有限长的正弦波列，波列长度为0.03~3m不是 严格的单色光。 钠光灯的黄色光的波长为5893埃，但它也不是严格的单 色光。
2e
n2
2
明暗条纹条件：
=
{ + Kλ
精+品课(件2 k
+1)
λ 2
l
e
θ
k
e k+1
明纹 暗纹 21
相邻两暗纹的间距：
2e2 n 2(2k1) 2 （暗纹条件）
ek
k 2n 2
ek1
(k1) 2n2
ek1ek2n2
n
2
l
e
θ
k
e k+1
l Sinek1ek
l=
λ
2n2sinθ
精品课件
22
讨论： （1）、 利用劈尖可以测量微小角度θ，微小厚度及照
二、光的振动方向与位相差
光波是电磁波。光波中参与与物质相互作用（感光作 用、生理作用）的是E 矢量，称为光矢量。
E 矢量的振动称为光振动。
两个独立的光源由于原子发光是随机的，间歇性的，
两列光波的振动方向不可能一致，位相差不可能恒定，不
可能成为一对相干光源。 钠
光
两束光不 相干！
灯A
钠
光
怎样获
灯B 得相干
屏
透镜
n1
薄膜
精品课件
n2 n2 > n1
n1
17
讨论：
2e
n22n12S
i2ni
2
1、对于透射光：
2e n22n12Sin2i
2、垂直入射：
2e
n2
2
3、δ=δ（i），光程差是入射角的函数，对于同一级条 纹具有相同的倾角。
精品课件
18
二、平行平面膜干涉的应用（增透膜）
[例] 在玻璃表面镀上一层MgF2薄膜，使波长
2n2e2k 取k=1
o
o
e 3 3550A0298A9
4n2 41.38
问题：此时反射光呈什么颜色？
2n2ek
o
取k=1 12n2e825A0
取k=2
2
2n2e 2
o
412A5
精品课件
1 2 n 0=1
n2 n1
反射光 呈现紫 蓝色
20
二、劈形膜干涉（等厚干涉）
1、劈尖干涉
11 2
2
光程差：
n1 n2 n1
射光的波长。 （2）、δ=δ（e），光程差是介质厚度的函数，对于同
一级条纹，具有相同的介质厚度。
光程 =折射率几何路程=nD
光程差 =n2D2-n1D1
精品课件
13
二、透镜的等光程性
屏
屏
a..d .e.g
.a
F
b. .h
F
.b
c.
c.
adeg与bh几何路程不等，但光程是相等的。 abc三 点在同一波阵面上，相位相等，到达F 点相位相等，形成 亮点，所以透镜的引入不会引起附加的光程差。
斜入射时，abc三点在同一波阵面上，相位相等，到
Sini n 2
Sin n1
Sini BD
AB
C os e
AC
tg AB/ 2
e
i
D
2
n1
i
n2 A r
r
B e
C
光程差：
2e
n22n12S
i2ni
2
明暗条 纹条件
=
{
+ +(
Kλ 2k
+1)精λ品2课件
明纹 暗纹
( k =0,1,2,... 16
)
单 色
S1 *
光 源
S2 * S3 *
e
( k =0,1,2,... ) 明纹 ( k =0,1,2,... ) 暗纹
明条纹的位置：
x
=
+ kDλ 精品课件 2a
7
讨论：
x=+
kDλ 2a
（1）、 相邻两明纹的间距：
xx k 1x k(k 2 1 a )D k 2 a D D 2 a
杨氏干涉条纹是明暗相间的等间隔条纹。
（2）、 各级明条纹的光强相等。
达F 点相位相等，形成亮点，透镜的引入同样不会引起附
加的光程差。
精品课件
14
§18.4 由分振幅法产生的光的干涉
利用透明薄膜的两个表面对入射光的反射，把入射光 的振幅分解为两部分，获得相干光。
这两部分光相遇产生的干涉也叫薄膜干涉。
平行平面膜干涉
劈形膜干涉
精品课件
15
一、平行平面膜干涉
P
1
2n2A C(n1BD 2)
5
一、杨氏双缝实验
1、实验示意图：
S1 * S*
S2 *
x
k=+2
k=+1
k= 0
I
k=-1 k=-2
2、明暗条纹条件
r1
P
S1 2aφ
φ
r2
S2
D
x x << D a << D
δ = r2
r1 = 2a sinφ
~~ 2 a tgφ
=
2
a
x D
δ
=
2a x D
=
+
{+
Kλ (2 k
+1)
λ 2
（3）、 通过D 及 a 的测量可以间接测得光的波长。
（4）、用白光照射，在屏幕上可以得到彩色干涉条纹。
精品课件
8
二、菲涅耳双镜实验
点光源
s
*
s 1 * M1
s2 *
镜子
Cα
虚光源 精品课件
1 2
1
M2 2
屏
A
B
9
三、洛埃镜实验
点光源
A
A
s1 *
.
s2 *
M
P
B
B
虚光源
反射镜
屏
当屏移到如图位置时，P 点出现暗条纹。这一结论证
真空中 c 0 介质中
0 c n1
真空
λ0
D
介质
λ
D
经过相同的几何路程D ，发生的相位改变分别为：
真空中
0
2
D 0
精品课件
介质中
2 D
12
0 n 即：
0
n0
此式表明，经过相同的几何路程，经过介质所发生 的相位改变是真空中的n 倍。
从相位改变这一角度考虑，在介质中光线经过D 距离 所发生的相位改变，等于真空中经过n D 所发生的相位改 变。
光呢？
精品课件
4
三、相干光的获得
把同一光源发出的光波分成两个光波，使它们经过不 同的路程后相遇，获得相干光。
1、分波阵面法 2、分振幅法
§18.2 分波阵面法产生的光的干涉
让点光源发出的光波通过两个并排的小孔或利用反射 和折射把光波的波阵面分为两部分，获得相干光。
杨氏双缝 菲涅耳双500
0
A
的绿光全部通过。
n 0=1
求：膜的厚度。
MgF2 n 2 =1.38
解一：使反射绿光干涉相消
2n2e(2k1) 2
玻璃 n 1 =1.50
e (2k1)
4n2
取k=1
o
o
e 3 3550A0298A9
4n2 41.38
精品课件
12
n 0=1
n2 n 1 19
解二: 使透射绿光干涉相长
实，光在镜子表面反射时有相位突变π，这种现象称为半
波损失。
精品课件
10
入射波
n1 n2
反射波 折射波
若n1 < n2称媒质1为光疏媒质，媒质2为光密媒质。
光在垂直入射情况下，如果光是从光疏媒质传向光
密媒质并在其分界面上反射时将发生半波损失。折射波无
半波损失。
精品课件
11
§18.3 光程 光程差
一、光程 光程差
几何光学 量子光学
波动光学
第十八章 波动光学
基本内容
• 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振
第一部分 光的干涉
相干波条件：频率相同、振动方向相同、恒定的位相差
§18.1 光的相干性
一、光的频率
单色光：频率恒定的一列无限长正弦（或余弦）光波。 原子中一次量子跃迁的持续发光时间的数量级为10-8s ，是一个有限长的正弦波列，波列长度为0.03~3m不是 严格的单色光。 钠光灯的黄色光的波长为5893埃，但它也不是严格的单 色光。
2e
n2
2
明暗条纹条件：
=
{ + Kλ
精+品课(件2 k
+1)
λ 2
l
e
θ
k
e k+1
明纹 暗纹 21
相邻两暗纹的间距：
2e2 n 2(2k1) 2 （暗纹条件）
ek
k 2n 2
ek1
(k1) 2n2
ek1ek2n2
n
2
l
e
θ
k
e k+1
l Sinek1ek
l=
λ
2n2sinθ
精品课件
22
讨论： （1）、 利用劈尖可以测量微小角度θ，微小厚度及照
二、光的振动方向与位相差
光波是电磁波。光波中参与与物质相互作用（感光作 用、生理作用）的是E 矢量，称为光矢量。
E 矢量的振动称为光振动。
两个独立的光源由于原子发光是随机的，间歇性的，
两列光波的振动方向不可能一致，位相差不可能恒定，不
可能成为一对相干光源。 钠
光
两束光不 相干！
灯A
钠
光
怎样获
灯B 得相干
屏
透镜
n1
薄膜
精品课件
n2 n2 > n1
n1
17
讨论：
2e
n22n12S
i2ni
2
1、对于透射光：
2e n22n12Sin2i
2、垂直入射：
2e
n2
2
3、δ=δ（i），光程差是入射角的函数，对于同一级条 纹具有相同的倾角。
精品课件
18
二、平行平面膜干涉的应用（增透膜）
[例] 在玻璃表面镀上一层MgF2薄膜，使波长
2n2e2k 取k=1
o
o
e 3 3550A0298A9
4n2 41.38
问题：此时反射光呈什么颜色？
2n2ek
o
取k=1 12n2e825A0
取k=2
2
2n2e 2
o
412A5
精品课件
1 2 n 0=1
n2 n1
反射光 呈现紫 蓝色
20
二、劈形膜干涉（等厚干涉）
1、劈尖干涉
11 2
2
光程差：
n1 n2 n1
射光的波长。 （2）、δ=δ（e），光程差是介质厚度的函数，对于同
一级条纹，具有相同的介质厚度。
光程 =折射率几何路程=nD
光程差 =n2D2-n1D1
精品课件
13
二、透镜的等光程性
屏
屏
a..d .e.g
.a
F
b. .h
F
.b
c.
c.
adeg与bh几何路程不等，但光程是相等的。 abc三 点在同一波阵面上，相位相等，到达F 点相位相等，形成 亮点，所以透镜的引入不会引起附加的光程差。
斜入射时，abc三点在同一波阵面上，相位相等，到
Sini n 2
Sin n1
Sini BD
AB
C os e
AC
tg AB/ 2
e
i
D
2
n1
i
n2 A r
r
B e
C
光程差：
2e
n22n12S
i2ni
2
明暗条 纹条件
=
{
+ +(
Kλ 2k
+1)精λ品2课件
明纹 暗纹
( k =0,1,2,... 16
)
单 色
S1 *
光 源
S2 * S3 *
e
( k =0,1,2,... ) 明纹 ( k =0,1,2,... ) 暗纹
明条纹的位置：
x
=
+ kDλ 精品课件 2a
7
讨论：
x=+
kDλ 2a
（1）、 相邻两明纹的间距：
xx k 1x k(k 2 1 a )D k 2 a D D 2 a
杨氏干涉条纹是明暗相间的等间隔条纹。
（2）、 各级明条纹的光强相等。
达F 点相位相等，形成亮点，透镜的引入同样不会引起附
加的光程差。
精品课件
14
§18.4 由分振幅法产生的光的干涉
利用透明薄膜的两个表面对入射光的反射，把入射光 的振幅分解为两部分，获得相干光。
这两部分光相遇产生的干涉也叫薄膜干涉。
平行平面膜干涉
劈形膜干涉
精品课件
15
一、平行平面膜干涉
P
1
2n2A C(n1BD 2)
5
一、杨氏双缝实验
1、实验示意图：
S1 * S*
S2 *
x
k=+2
k=+1
k= 0
I
k=-1 k=-2
2、明暗条纹条件
r1
P
S1 2aφ
φ
r2
S2
D
x x << D a << D
δ = r2
r1 = 2a sinφ
~~ 2 a tgφ
=
2
a
x D
δ
=
2a x D
=
+
{+
Kλ (2 k
+1)
λ 2
（3）、 通过D 及 a 的测量可以间接测得光的波长。
（4）、用白光照射，在屏幕上可以得到彩色干涉条纹。
精品课件
8
二、菲涅耳双镜实验
点光源
s
*
s 1 * M1
s2 *
镜子
Cα
虚光源 精品课件
1 2
1
M2 2
屏
A
B
9
三、洛埃镜实验
点光源
A
A
s1 *
.
s2 *
M
P
B
B
虚光源
反射镜
屏
当屏移到如图位置时，P 点出现暗条纹。这一结论证
真空中 c 0 介质中
0 c n1
真空
λ0
D
介质
λ
D
经过相同的几何路程D ，发生的相位改变分别为：
真空中
0
2
D 0
精品课件
介质中
2 D
12
0 n 即：
0
n0
此式表明，经过相同的几何路程，经过介质所发生 的相位改变是真空中的n 倍。
从相位改变这一角度考虑，在介质中光线经过D 距离 所发生的相位改变，等于真空中经过n D 所发生的相位改 变。
光呢？
精品课件
4
三、相干光的获得
把同一光源发出的光波分成两个光波，使它们经过不 同的路程后相遇，获得相干光。
1、分波阵面法 2、分振幅法
§18.2 分波阵面法产生的光的干涉
让点光源发出的光波通过两个并排的小孔或利用反射 和折射把光波的波阵面分为两部分，获得相干光。
杨氏双缝 菲涅耳双500
0
A
的绿光全部通过。
n 0=1
求：膜的厚度。
MgF2 n 2 =1.38
解一：使反射绿光干涉相消
2n2e(2k1) 2
玻璃 n 1 =1.50
e (2k1)
4n2
取k=1
o
o
e 3 3550A0298A9
4n2 41.38
精品课件
12
n 0=1
n2 n 1 19
解二: 使透射绿光干涉相长
实，光在镜子表面反射时有相位突变π，这种现象称为半
波损失。
精品课件
10
入射波
n1 n2
反射波 折射波
若n1 < n2称媒质1为光疏媒质，媒质2为光密媒质。
光在垂直入射情况下，如果光是从光疏媒质传向光
密媒质并在其分界面上反射时将发生半波损失。折射波无
半波损失。
精品课件
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§18.3 光程 光程差
一、光程 光程差