第十章波动光学-课件
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大学物理波动光学课件
麦克斯韦电磁理论：19 世纪中叶，英国物理学 家麦克斯韦建立了电磁 理论，揭示了光是一种 电磁波，为波动光学提 供了更加深入的理论根 据。
在这些重要人物和理论 的推动下，波动光学逐 渐发展成为物理学的一 个重要分支，并在现代 光学、光电子学等领域 中发挥了重要作用。
02 光的干涉
干涉的定义与分类
定义 分类 分波前干涉 分振幅干涉
干涉是指两个或多个相干光波在空间某一点叠加产生加强或减 弱的现象。
根据光源的性质，干涉可分为两类，分别是ห้องสมุดไป่ตู้波前干涉和分振 幅干涉。
波前上不同部位发出的子波在空间某点相遇叠加产生的干涉。 如杨氏双缝干涉、洛埃镜、菲涅尔双面镜以及菲涅尔双棱镜等
。
一束光的振幅分成两部分（或以上）在空间某点相遇时产生的 干涉。例如薄膜干涉、等倾干涉、等厚干涉以及迈克耳孙干涉
波动光学与几何光学的比较
几何光学
几何光学是研究光线在介质中传播的光学分支，它主要关注 光线的方向、成像等，基于光的直线传播和反射、折射定律 。
波动光学与几何光学的区分
波动光学更加关注光的波动性质，如光的干涉、衍射等现象 ，而几何光学则更加关注光线传播的几何特性。两者在研究 对象和方法上存在差异，但彼此相互补充，构成了光学的完 整体系。
VS
马吕斯定律
当一束光线通过两个偏振片时，只有当两 个偏振片的透振方向夹角为特定值时，光 线才能通过。这就是马吕斯定律，它描述 了光线通过偏振片时的透射情况。这两个 定律在光学和物理学中都有着广泛的应用 。
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分类
根据障碍物的大小和光波波长的相对 关系，衍射可分为菲涅尔衍射和夫琅 禾费衍射。
单缝衍射与双缝衍射
单缝衍射
大学物理物理学波动光学PPT课件
一束光分解为振动面垂直的两束光。
S2
E
2、杨氏双缝干涉实验装置
1801年，杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个 波阵面以锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现 象。杨氏用叠加原理解释了干涉现象，在历史上第一次测定了 光的波长，为光的波动学说的确立奠定了基础。
3、双缝干涉的光程差
两光波在P点的光程差为 = r2-r1
?人的眼睛不能区分自然光与偏振光用于鉴别光的偏振状态的器件称为检偏器2偏振片是一种人工膜片对不同方向的光振动有选择吸收的性能从而使膜片中有一个特殊的方向当一束自然光射到膜片上时与此方向垂直的光振动分量完全被吸收只让平行于该方向的光振动分量通过即只允许沿某一特定方向的光通过的光学器件叫做偏振片
绪言
一、光学的研究内容 二、光的两种学说
薄膜干涉属于分振幅法
1、等倾干涉：
实验装置
在空气（或真空）中放入上
下表面平行，厚度为 e 的均 匀介质 n
光a与光 b的光程差为：
n(AB BC) (AD / 2)
光a有半波损失。
a
iD
b
n
A r
C e
B
由折射定律和几何关系可得出：
sin i nsin
AD ACsin i AC 2e tan n AB BC e / cos 代入 n(AB BC) (AD / 2)
光的干涉和衍射现象表明了光的波动性， 而光的偏振现象则显示了光是横波。光波作为 一种电磁波也包含两种矢量的振动，即电矢量 E和磁矢量H，引起感光作用和生理作用的是其 中的电矢量E，所以通常把E矢量称为光矢量， 把E振动称为光振动。
§8－1 光波及其相干条件
一、光波
1．光波的概念：
《医学物理学》课件波动光学
光学多普勒效应
通过测量多普勒频移，可以研究运动物体的速度和方向。
光学傅里叶变换
利用傅里叶变换技术，可以将光场在空间和频率域上进行分析和转 换。
波动光学的模拟方法
波动光学模拟软件
如COMSOL Multiphysics、MATLAB等，用于模拟光的干涉、衍 射、散射等现象。
有限元方法
将光学系统离散化为有限个元胞，每个元胞内的光场可以用数值方 法求解。
波动速度的定义
波动速度是指波的传播速 度，即单位时间内波前移 动的距离。
波动光学的基本概念
光波的产生
光波是由光源产生的，光源可 以是自然光源（如太阳）或人
工光源（如灯泡）。
光波的传播
光波在传播过程中会受到反射、折 射、散射等作用，导致光波的传播 方向和速度发生变化。
光波的干涉
当两束或多束相干光波在空间某一 点叠加时，如果它们的相位差是 2nπ(n为整数)，则叠加后的光波振 幅相加，形成干涉现象。
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波动光学的应用
光学干涉仪
光学干涉仪利用光的干涉现象测量物体表面的形状和厚度，如牛 顿环仪、迈克尔逊干涉仪等。
光学纤维
光学纤维利用光的全反射原理传递信息，具有传输容量大、抗干扰 能力强等优点，广泛应用于通信、医疗等领域。
激光技术
激光技术利用光的干涉和衍射原理制造高亮度、高方向性、高稳定 性的激光束，广泛应用于测量、通信、制造等领域。
清晰度。
图像处理
02
利用光的衍射现象实现图像的放大、缩小和变形等处理。
波动分析
03
利用光的衍射现象分析波的传播特性和规律，如波长、频率、
相位等。
04
光的偏振
偏振现象
通过测量多普勒频移，可以研究运动物体的速度和方向。
光学傅里叶变换
利用傅里叶变换技术，可以将光场在空间和频率域上进行分析和转 换。
波动光学的模拟方法
波动光学模拟软件
如COMSOL Multiphysics、MATLAB等，用于模拟光的干涉、衍 射、散射等现象。
有限元方法
将光学系统离散化为有限个元胞，每个元胞内的光场可以用数值方 法求解。
波动速度的定义
波动速度是指波的传播速 度，即单位时间内波前移 动的距离。
波动光学的基本概念
光波的产生
光波是由光源产生的，光源可 以是自然光源（如太阳）或人
工光源（如灯泡）。
光波的传播
光波在传播过程中会受到反射、折 射、散射等作用，导致光波的传播 方向和速度发生变化。
光波的干涉
当两束或多束相干光波在空间某一 点叠加时，如果它们的相位差是 2nπ(n为整数)，则叠加后的光波振 幅相加，形成干涉现象。
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波动光学的应用
光学干涉仪
光学干涉仪利用光的干涉现象测量物体表面的形状和厚度，如牛 顿环仪、迈克尔逊干涉仪等。
光学纤维
光学纤维利用光的全反射原理传递信息，具有传输容量大、抗干扰 能力强等优点，广泛应用于通信、医疗等领域。
激光技术
激光技术利用光的干涉和衍射原理制造高亮度、高方向性、高稳定 性的激光束，广泛应用于测量、通信、制造等领域。
清晰度。
图像处理
02
利用光的衍射现象实现图像的放大、缩小和变形等处理。
波动分析
03
利用光的衍射现象分析波的传播特性和规律，如波长、频率、
相位等。
04
光的偏振
偏振现象
《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。
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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。
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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。
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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。
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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。
波动光学课件
第九章 波动光学内容：1．光波及其相干条件 2．杨氏双缝干涉 3．薄膜干涉 4．迈克尔孙干涉仪 5．单缝衍射 6．光栅衍射 7．X 光衍射 8．自然光与偏振光 9．起偏与检偏 10．反射光与折射光的偏振 重点与难点：1．杨氏双缝干涉2．等倾干涉； 3．等厚干涉； 4．迈克尔孙干涉仪的应用 5．单缝衍射 6．光栅衍射 7．马吕斯定律； 8．布儒斯特定律； 要求：1．掌握等倾干涉、等厚干涉的本质； 2．掌握薄膜干涉、劈尖干涉、牛顿环干涉； 3．了解迈克尔孙干涉仪。
4．掌握夫琅和费单缝衍射5．了解圆孔衍射艾理斑公式及光学仪器的分辨率； 6．掌握光栅衍射的基本规律；7．理解X 光衍射 8．了解光的偏振性；9．了解起偏与检偏，掌握马吕斯定律；10．了解反射光与折射光的偏振，掌握布儒斯特定律。
§9－1 光的相干性 光程一、光波1．光波的概念：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 射线等其它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。
● 1.1666年，牛顿研究光的色散，用棱镜将太阳光分解为由红到紫的可见光谱（V isible Light ）。
●2.1800年，J.F .W. Hershel 发现在可见光谱的红端以外，还有能够产生热效应的部分，称为红外线（Infrared Ray ）。
● 3.1802年，J.W . Ritter 与W .H. Wollaston 发现，在可见光的紫端以外，还有能够产生化学效应的部分，称为紫外线（Ultraviolet Ray ）红外光：波长λ>0.76μm可见光：波长λ在0.40μm 与0.76μm 之间 紫外光：波长λ<0.40μm广义而言，光包含红外线与紫外线。
2．光的颜色光的颜色由光的频率决定，而频率一般仅由光源决定，与介质无关。
单色光（Monochromatic light ）——只含单一波长的光，如激光 复色光——不同波长单色光的混合，如白光 3．光的速度与折射率： 光在介质中传输时的速度为 εμ1=v真空中，1800100.31-⋅⨯==s m c με介质中，r r r r c v μεμμεεεμ//1/100===其中r r n με/1=为介质的折射率（Refractive index ），由介质本身的性质决定，如 真空 1=n 空气 1≈n 水 33.1=n玻璃0.2~50.1=n折射率大的物质，称为光密介质；折射率小的物质，称为光疏介质。
第10章波动光学
棱边处为暗纹.
1 1 （2） l sin (k 1) k 2 2 2
对一定波长的单色光入射，劈尖的干涉条
纹间隔仅与楔角θ有关.
32
（3）干涉条纹的移动 每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度，当此厚 度位置改变 时，对应的 条纹随之移 动.
33
2.牛顿环
将一曲率半径相当大的平凸透镜叠放在一平板玻璃上
dM
r1
D
P
r2
x
s2
r2 r1
k
o
E
(2k 1)
2
干涉加强 干涉减弱 明纹
k 0,1, 2,
x
D (2k 1) d 2
D k d
k 0,1,2,
暗纹
7
白光照射时，出现彩色条纹。
条纹间距
讨论
D x xk 1 xk d
可使这种波长的黄绿光在两界面上的反射光干涉减 弱.
30
三、劈尖干涉 1.劈尖干涉
T
L
n1 n1
2e
e
e
S
劈尖角
M
2
l
k , k 1,2, 明条纹
(2k 1) , k 0,1, 暗条纹 2
31
讨论
2e
2
2
（1） e 0 时，
可见牛顿环中充以液体后，干涉条纹变密.
44
四、迈克耳孙干涉仪 反射镜 M1
迈克耳孙干涉仪
M1 M2
反 射 镜
M1 移动导轨
单 色 光 源 分光板 G1 补偿片 G 2
M2
G1//G 2 ，且与 M1 , M2 成 45 0 角
医用物理学 第十章 波动光学 第一讲 光的干涉 公开课课件
太赫兹
“THz 空隙”
红外线 光学
可 见
紫外线
Xγ 射射
光
线线
原子核
光本质上是种电磁波，可见光波长为400~760nm之间。 光的干涉、衍射现象证明了光的波动性，而偏振现象
则证明了光的横波性质。 f : 7.51014 ~ 4.31014 Hz
400nm 紫
可见光的范围
760nm 红
红 760nm~630nm 橙 630nm~590nm 黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm 青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫 430nm~400nm
来自两个光源或同一光源的两部分的光,不满足相 干条件,叠加时不产生干涉现象.
·
自发辐射
独立
·
（不同原子同一时刻发的光）
独立（同一原子不同时刻发的光）
两个独立的普通光源不是相干光源
2、相干光的获得方法
原则: 将同一波列 的光分成两束，经 不同路经后相遇， 实现干涉。
二、光程与光程差:
相位差在分析光的干涉时十分重要，为便于计算 光通过不同媒质时的相位差，引入“光程”的概念。
相干条件：
1
P
频率相同(same frequency)
振动方向相同
(same direction of vibration)
2
相位差恒定
(constant phase difference)
❖ 普通光源的发光机理: 物质发光的基本单元——分子、原子等从具有较高 能量的激发态向具有较低能量的状态(基态或低激发 态)跃迁时,发射的一个电磁波波列(wave train).
光学篇（Optics)
波动光学(Wave Optics) 几何光学(Geometrical Optics) X射线(X-ray)
医学物理学波动光学课件
医学物理学波动光学 课件
汇报人： 日期:
contents
目录
• 波动光学基础 • 光的干涉 • 光的衍射 • 偏振光学 • 波动光学在医学物理学中的应用
01
波动光学基础
波动现象的概述
波动现象
波动现象是物理学中常见的现象 之一，涉及振荡、传播和干涉等 特性。在医学物理学中，波动光 学的研究对于医学诊断和治疗具
有重要意义。
波动的分类
根据传播介质和传播方式的不同 ，波动可以分为机械波和电磁波 。机械波以物质粒子为媒介传播 ，而电磁波以光子为媒介传播。
波动的基本特征
波动具有振幅、频率、波长、相 位等基本特征，这些特征在波动
光学中具有重要的作用。
波动光学的基本原理
光波动的基本理论
光波动是波动光学研究的基础，包括光的干涉、衍射和偏 振等现象。这些现象可以通过光的波动理论进行解释和描 述。
05
波动光学在医学物理学 中的应用
X射线的波动性质和医学应用
X射线是一种电磁波，具有波动和粒子二象性，在医学物理学中广泛应用于诊断、治 疗和实验研究。
X射线可以穿透人体部分组织，如肌肉、脂肪等，但不能穿透骨头、金属等硬质物质 。
基于X射线的波动性质，医学物理学发展出了X射线摄影、计算机断层扫描(CT)、核 磁共振(MRI)等多种诊断技术。
干涉仪器的原理和应用
干涉仪器的分类
根据测量方式的不同，干涉仪 器可分为零差干涉仪和非零差
干涉仪。
干涉仪器的原理
干涉仪器利用光的干涉现象测量物 理量，如长度、厚度、折射率等。
干涉仪器的应用
在医学、物理学、化学等领域，干 涉仪器被广泛应用于测量和研究中 。
干涉图样的分析和解释
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目录
• 波动光学基础 • 光的干涉 • 光的衍射 • 偏振光学 • 波动光学在医学物理学中的应用
01
波动光学基础
波动现象的概述
波动现象
波动现象是物理学中常见的现象 之一，涉及振荡、传播和干涉等 特性。在医学物理学中，波动光 学的研究对于医学诊断和治疗具
有重要意义。
波动的分类
根据传播介质和传播方式的不同 ，波动可以分为机械波和电磁波 。机械波以物质粒子为媒介传播 ，而电磁波以光子为媒介传播。
波动的基本特征
波动具有振幅、频率、波长、相 位等基本特征，这些特征在波动
光学中具有重要的作用。
波动光学的基本原理
光波动的基本理论
光波动是波动光学研究的基础，包括光的干涉、衍射和偏 振等现象。这些现象可以通过光的波动理论进行解释和描 述。
05
波动光学在医学物理学 中的应用
X射线的波动性质和医学应用
X射线是一种电磁波，具有波动和粒子二象性，在医学物理学中广泛应用于诊断、治 疗和实验研究。
X射线可以穿透人体部分组织，如肌肉、脂肪等，但不能穿透骨头、金属等硬质物质 。
基于X射线的波动性质，医学物理学发展出了X射线摄影、计算机断层扫描(CT)、核 磁共振(MRI)等多种诊断技术。
干涉仪器的原理和应用
干涉仪器的分类
根据测量方式的不同，干涉仪 器可分为零差干涉仪和非零差
干涉仪。
干涉仪器的原理
干涉仪器利用光的干涉现象测量物 理量，如长度、厚度、折射率等。
干涉仪器的应用
在医学、物理学、化学等领域，干 涉仪器被广泛应用于测量和研究中 。
干涉图样的分析和解释
波动光学复习课件
在材料科学中的应用前景
超快光学现象可以用于研究材料在极端条件下的物理和化学性质变化。例如，利用超快激 光脉冲可以产生高强度磁场和高热流，从而实现对材料的高温高压模拟实验等。
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THANKS
现代波动光学的研究方向
在现代，波动光学的研究方向主要包括光的相干性、光的偏振态、光的干涉和衍射等现象，以及这些现 象在光学信息处理、光学传感和光学通信等领域的应用。
波动光学的应用
01
波动光学在物理领域的应用
波动光学在物理领域的应用广泛，如光学干涉仪、光学纤维、光学陀螺
仪等，这些仪器在测量、通信和控制等方面具有重要应用价值。
光纤传感器实验与光学多普勒测速仪实验
光纤传感器实验
利用光纤传感器对物理量进行测量，如温度、压力、位移等。
光学多普勒测速仪实验
利用光学多普勒效应测量流体速度。
05
波动光学在科技领域的应用
量子通信中的偏振编码和解码技术
偏振编码和解码技术是量子通信中的 关键技术，利用光的偏振态作为载体 ，将信息编码成特定的偏振态，在接 收端通过解码恢复出原始信息。
超快光学现象及其在信息处理和材料科学中的应用前景
超快光学现象
是指时间尺度在飞秒（10^-15秒）和阿秒（10^-18秒）范围内的光学现象。
在信息处理中的应用前景
超快光学现象可以用于实现超高速和超高效的信号处理和信息传输。例如，利用超快激光 进行超快摄影和电影制作，以及利用超快激光脉冲进行高精度测量和加工等。
要点一
量子纠缠现象
要点二
在信息处理中的应用
量子力学中的一种神奇现象，当两个或多个粒子在某些性 质上纠缠在一起时，它们的状态将相互依赖，对其中一个 粒子的观测将瞬间影响另一个粒子的状态。
超快光学现象可以用于研究材料在极端条件下的物理和化学性质变化。例如，利用超快激 光脉冲可以产生高强度磁场和高热流，从而实现对材料的高温高压模拟实验等。
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现代波动光学的研究方向
在现代，波动光学的研究方向主要包括光的相干性、光的偏振态、光的干涉和衍射等现象，以及这些现 象在光学信息处理、光学传感和光学通信等领域的应用。
波动光学的应用
01
波动光学在物理领域的应用
波动光学在物理领域的应用广泛，如光学干涉仪、光学纤维、光学陀螺
仪等，这些仪器在测量、通信和控制等方面具有重要应用价值。
光纤传感器实验与光学多普勒测速仪实验
光纤传感器实验
利用光纤传感器对物理量进行测量，如温度、压力、位移等。
光学多普勒测速仪实验
利用光学多普勒效应测量流体速度。
05
波动光学在科技领域的应用
量子通信中的偏振编码和解码技术
偏振编码和解码技术是量子通信中的 关键技术，利用光的偏振态作为载体 ，将信息编码成特定的偏振态，在接 收端通过解码恢复出原始信息。
超快光学现象及其在信息处理和材料科学中的应用前景
超快光学现象
是指时间尺度在飞秒（10^-15秒）和阿秒（10^-18秒）范围内的光学现象。
在信息处理中的应用前景
超快光学现象可以用于实现超高速和超高效的信号处理和信息传输。例如，利用超快激光 进行超快摄影和电影制作，以及利用超快激光脉冲进行高精度测量和加工等。
要点一
量子纠缠现象
要点二
在信息处理中的应用
量子力学中的一种神奇现象，当两个或多个粒子在某些性 质上纠缠在一起时，它们的状态将相互依赖，对其中一个 粒子的观测将瞬间影响另一个粒子的状态。
大学物理波动光学教学课件
偏振的应用与技术
01
光学成像技术
利用偏振现象可以改良光学成像的质量，如通过使用偏振眼镜来消除反
射光的影响，提高观看3D电影的视觉效果等。
02
光纤通讯技术
在光纤通讯中，利用偏振复用技术可以提高传输速率和传输效率，同时
也可以实现更远距离的传输。
03
光学信息处理技术
利用偏振现象可以实现光学信息处理，如光学图像处理、光学模式辨认
实验三：光的偏振实验
实验目的
通过实验视察和分析光的偏振现象，了解光的电磁性质。
实验原理
利用偏振片将自然光转化为偏振光，视察不同角度下偏振光的强度变化。
实验三：光的偏振实验
实验步骤
1. 准备实验器材：自然光源、偏 振片、检测器等。 2. 将自然光源通过偏振片转化为 偏振光。
实验三：光的偏振实验
3. 在检测器上视察不同角度下偏振光 的强度变化。
随着计算机技术和数值计算方法的不断进步，未 来波动光学的研究将会更加深入，有望解决一些 当前难以解决的问题。
未来波动光学将会与量子力学、光子学等领域更 加紧密地结合，有望开辟新的研究领域和应用场 景。
谢谢您的凝听
THANKS
VS
实验结果与分析：通过实验视察到不 同角度下偏振光的强度产生变化，分 析得出这是由于光的电磁性质导致的 。
06
总结与展望
总结
波动光学的基本概念
这部分内容主要介绍了波动光学的定义 、研究内容和研究意义。
波动光学的基本原理和方法
重点讲授了波动光学的基本原理、光 的干涉、衍射和偏振等基本概念，以
及波动光学的基本实验方法。
实验二：光的衍射实验
实验步骤
1. 准备实验器材：单色光源、单缝或圆 孔衍射装置、屏幕等。
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4.理解自然光和线偏振光。理解布儒斯特定律及马吕斯 定律。了解双折射现象。了解线偏振光的获得方法和检 验方法。
3
相干光
§1 相干光
1. 普通光源：自发辐射
一. 光源
普通光源发光具有独立性、
光是电磁波,产生感光和生 随机性、间歇性
理作用的是电场强度.
(1)一个分子(或原子)在一
光源的最基本发光单元是 段时间内发出一列光波,发
p*S
·p
(3)相位差恒定.
S*
一般两独立普通光源发出
的光不是相干光(激光除外),
薄膜
8
光程 干涉明暗纹条件
§2光程 干涉明暗纹条件 只有同一光源,同一发光区域,
一. 光程、光程差
同一时刻发出的光(即同一原
真空中通过距离d需要时 子,同一时刻)才满足相干条件.
间:
t=d/c
媒质中通过距离d需要时间:
(2 cn)(r2r1)2 (n2rn1)r
设在同种介质中,两相干 光在P点的分振动分别为:
11
光程 干涉明暗纹条件
Ey1A1cos(tr1 v)
E1
单色光源发光为单色光.激 光为最好的单色光源.
完全一样(频率,位相,振动 •色散现象
方向,传播方向)
把复色光中各种不同频率的
光分开,形成光谱称为光的
激光光源能发出频率,相位, 色散.
振动方向,传播方向相同的 •产生单色光的方法
光
(1)利用色散; (2)利用滤波片;
6
相干光
(3)利用单色光源; (4).激光 二. 光的单色性
3.普通独立光源产生干涉现 象的方法 使一光源上同一点发出的光,
t'
d v
d (c n)
nd c
沿两条不同的路径传播,然后 再使它们相遇.
(c n) v n
(1)分波面法 (2)分振幅法
p*S
·p
a· λn
n
b·
S*
d
媒质
薄膜
9
光程 干涉明暗纹条件
§2光程 干涉明暗纹条件 这说明:光在媒质中通过距
二.相位差和光程差的关系
a· λn
d
n
b·
媒质
设在同种介质中,两相干 光在P点的分振动分别为:
10
光程 干涉明暗纹条件
Ey1A1cos(tr1 v) 这说明:光在媒质中通过距
Ey2A2cos(tr2 v) p
离d需要的时间,等于光在 真空中通过距离nd需要的
1 r1
则合振动为 · r2 ·
· 时间.为了便于比较,把媒质
子,同一时刻)才满足相干条件.
两列光波相遇时,出现稳定 3.普通独立光源产生干涉现
的明暗相间花样称为光的 象的方法
干பைடு நூலகம்现象. 2. 相干光
使一光源上同一点发出的光, 沿两条不同的路径传播,然后
能产生干涉现象的光叫相 再使它们相遇.
干光,它满足: (1)频率相同;
(2)振动方向相同;
(1)分波面法 (2)分振幅法
2
教学基本要求
◆教学基本要求
1.理解获得相干光的方法。掌握光程的概念以及光程差 和相位差的关系。能分析、确定杨氏双缝干涉条文及 薄膜等厚干涉条纹的位置，了解麦克尔孙干涉仪的工 作原理。 2.了解惠更斯—非涅耳原理。理解分析单缝夫琅禾费 衍射暗纹分布规律的方法。会分析缝宽及波长对衍射 条纹分布的影响。 3.理解光栅衍射公式。会确定光栅衍射谱线的位置。 会分析光栅常量及波长对光栅衍射谱线分布的影响。
随机性)
普通光源发光具有独立性、
2. 激光光源：受激辐射
E2 = (E2-E1)/h
E1
完全一样(频率,位相,振动 方向,传播方向)
随机性、间歇性
(1)一个分子(或原子)在一 段时间内发出一列光波,发 光时间持续约10－8~10－10s. (间歇性)
(2)同一分子在不同时刻所 发光的频率、振动方向不一 定相同。（随机性、独立性）
激光光源能发出频率,相位,
振动方向,传播方向相同的 (3)各分子在同一时刻所发
光
光的频率、振动方向、相
5
相干光
位也不一定相同.(独立性、 二. 光的单色性
随机性)
•单色光
具有单一频率的光称为单
2. 激光光源：受激辐射 色光.各种频率复合的光称
E2
为复色光 普通光源所发光为复色光,
= (E2-E1)/h
中传播的距离d折合到真空 中为nd
2
定义光程 : L = nd
E E y 1 E y 2 A cot s)( 光程 L = ( ni di )
AA 1 2A 2 22A 1A 2co s 光程差 ： = L2 - L1
( t r 2 v ) ( t r 1 v )二.相位差和光程差的关系
精品
第十章波动光学
波动光学
第十章 波动光学
波动光学的理论基础是电磁场理论。
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
光学可分为几何光学（h≈0, λ≈0）和物理光学两大类. 而物理光学又可分为波动光学 （ h≈0, λ ≠ 0）和量子光学 （h≠0, λ≠0） 波动光学：包括光的干涉、光的衍射、光的偏振
一. 光程、光程差
离d需要的时间,等于光在
真空中通过距离d需要时 真空中通过距离nd需要的
间:
t=d/c
媒质中通过距离d需要时间:
时间.为了便于比较,把媒质 中传播的距离d折合到真空 中为nd
t'
d v
d (c n)
nd c
(c n) v n
定义光程 : L = nd
光程 L = ( ni di ) 光程差 ： = L2 - L1
(2)振动方向相同;
光分开,形成光谱称为光的
(3)相位差恒定. 一般两独立普通光源发出
色散. •产生单色光的方法
的光不是相干光(激光除外), (1)利用色散;(2)利用滤波片;
7
相干光
(3)利用单色光源; (4).激光 只有同一光源,同一发光区域,
三、光的相干性
同一时刻发出的光(即同一原
1.干涉现象
三、光的相干性
•单色光
1.干涉现象
具有单一频率的光称为单
两列光波相遇时,出现稳定 色光.各种频率复合的光称
的明暗相间花样称为光的 为复色光
干涉现象.
普通光源所发光为复色光,
2. 相干光
单色光源发光为单色光.激
能产生干涉现象的光叫相 光为最好的单色光源.
干光,它满足:
•色散现象
(1)频率相同;
把复色光中各种不同频率的
分子、原子 能级跃迁辐射
E2
光时间持续约10－8~10－10s. (间歇性)
(2)同一分子在不同时刻所
= (E2-E1)/h
发光的频率、振动方向不一
E1 波列
定相同。（随机性、独立性）
波列长L = c
(3)各分子在同一时刻所发 光的频率、振动方向、相
4
相干光
位也不一定相同.(独立性、 1. 普通光源：自发辐射
3
相干光
§1 相干光
1. 普通光源：自发辐射
一. 光源
普通光源发光具有独立性、
光是电磁波,产生感光和生 随机性、间歇性
理作用的是电场强度.
(1)一个分子(或原子)在一
光源的最基本发光单元是 段时间内发出一列光波,发
p*S
·p
(3)相位差恒定.
S*
一般两独立普通光源发出
的光不是相干光(激光除外),
薄膜
8
光程 干涉明暗纹条件
§2光程 干涉明暗纹条件 只有同一光源,同一发光区域,
一. 光程、光程差
同一时刻发出的光(即同一原
真空中通过距离d需要时 子,同一时刻)才满足相干条件.
间:
t=d/c
媒质中通过距离d需要时间:
(2 cn)(r2r1)2 (n2rn1)r
设在同种介质中,两相干 光在P点的分振动分别为:
11
光程 干涉明暗纹条件
Ey1A1cos(tr1 v)
E1
单色光源发光为单色光.激 光为最好的单色光源.
完全一样(频率,位相,振动 •色散现象
方向,传播方向)
把复色光中各种不同频率的
光分开,形成光谱称为光的
激光光源能发出频率,相位, 色散.
振动方向,传播方向相同的 •产生单色光的方法
光
(1)利用色散; (2)利用滤波片;
6
相干光
(3)利用单色光源; (4).激光 二. 光的单色性
3.普通独立光源产生干涉现 象的方法 使一光源上同一点发出的光,
t'
d v
d (c n)
nd c
沿两条不同的路径传播,然后 再使它们相遇.
(c n) v n
(1)分波面法 (2)分振幅法
p*S
·p
a· λn
n
b·
S*
d
媒质
薄膜
9
光程 干涉明暗纹条件
§2光程 干涉明暗纹条件 这说明:光在媒质中通过距
二.相位差和光程差的关系
a· λn
d
n
b·
媒质
设在同种介质中,两相干 光在P点的分振动分别为:
10
光程 干涉明暗纹条件
Ey1A1cos(tr1 v) 这说明:光在媒质中通过距
Ey2A2cos(tr2 v) p
离d需要的时间,等于光在 真空中通过距离nd需要的
1 r1
则合振动为 · r2 ·
· 时间.为了便于比较,把媒质
子,同一时刻)才满足相干条件.
两列光波相遇时,出现稳定 3.普通独立光源产生干涉现
的明暗相间花样称为光的 象的方法
干பைடு நூலகம்现象. 2. 相干光
使一光源上同一点发出的光, 沿两条不同的路径传播,然后
能产生干涉现象的光叫相 再使它们相遇.
干光,它满足: (1)频率相同;
(2)振动方向相同;
(1)分波面法 (2)分振幅法
2
教学基本要求
◆教学基本要求
1.理解获得相干光的方法。掌握光程的概念以及光程差 和相位差的关系。能分析、确定杨氏双缝干涉条文及 薄膜等厚干涉条纹的位置，了解麦克尔孙干涉仪的工 作原理。 2.了解惠更斯—非涅耳原理。理解分析单缝夫琅禾费 衍射暗纹分布规律的方法。会分析缝宽及波长对衍射 条纹分布的影响。 3.理解光栅衍射公式。会确定光栅衍射谱线的位置。 会分析光栅常量及波长对光栅衍射谱线分布的影响。
随机性)
普通光源发光具有独立性、
2. 激光光源：受激辐射
E2 = (E2-E1)/h
E1
完全一样(频率,位相,振动 方向,传播方向)
随机性、间歇性
(1)一个分子(或原子)在一 段时间内发出一列光波,发 光时间持续约10－8~10－10s. (间歇性)
(2)同一分子在不同时刻所 发光的频率、振动方向不一 定相同。（随机性、独立性）
激光光源能发出频率,相位,
振动方向,传播方向相同的 (3)各分子在同一时刻所发
光
光的频率、振动方向、相
5
相干光
位也不一定相同.(独立性、 二. 光的单色性
随机性)
•单色光
具有单一频率的光称为单
2. 激光光源：受激辐射 色光.各种频率复合的光称
E2
为复色光 普通光源所发光为复色光,
= (E2-E1)/h
中传播的距离d折合到真空 中为nd
2
定义光程 : L = nd
E E y 1 E y 2 A cot s)( 光程 L = ( ni di )
AA 1 2A 2 22A 1A 2co s 光程差 ： = L2 - L1
( t r 2 v ) ( t r 1 v )二.相位差和光程差的关系
精品
第十章波动光学
波动光学
第十章 波动光学
波动光学的理论基础是电磁场理论。
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
光学可分为几何光学（h≈0, λ≈0）和物理光学两大类. 而物理光学又可分为波动光学 （ h≈0, λ ≠ 0）和量子光学 （h≠0, λ≠0） 波动光学：包括光的干涉、光的衍射、光的偏振
一. 光程、光程差
离d需要的时间,等于光在
真空中通过距离d需要时 真空中通过距离nd需要的
间:
t=d/c
媒质中通过距离d需要时间:
时间.为了便于比较,把媒质 中传播的距离d折合到真空 中为nd
t'
d v
d (c n)
nd c
(c n) v n
定义光程 : L = nd
光程 L = ( ni di ) 光程差 ： = L2 - L1
(2)振动方向相同;
光分开,形成光谱称为光的
(3)相位差恒定. 一般两独立普通光源发出
色散. •产生单色光的方法
的光不是相干光(激光除外), (1)利用色散;(2)利用滤波片;
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相干光
(3)利用单色光源; (4).激光 只有同一光源,同一发光区域,
三、光的相干性
同一时刻发出的光(即同一原
1.干涉现象
三、光的相干性
•单色光
1.干涉现象
具有单一频率的光称为单
两列光波相遇时,出现稳定 色光.各种频率复合的光称
的明暗相间花样称为光的 为复色光
干涉现象.
普通光源所发光为复色光,
2. 相干光
单色光源发光为单色光.激
能产生干涉现象的光叫相 光为最好的单色光源.
干光,它满足:
•色散现象
(1)频率相同;
把复色光中各种不同频率的
分子、原子 能级跃迁辐射
E2
光时间持续约10－8~10－10s. (间歇性)
(2)同一分子在不同时刻所
= (E2-E1)/h
发光的频率、振动方向不一
E1 波列
定相同。（随机性、独立性）
波列长L = c
(3)各分子在同一时刻所发 光的频率、振动方向、相
4
相干光
位也不一定相同.(独立性、 1. 普通光源：自发辐射