大学物理光学.ppt
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《大学物理光学》PPT课件(2024)
16
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光电效应、康普顿效应等 现象表明光具有粒子性， 即光量子（光子）。
波粒二象性的统一
光既具有波动性又具有粒 子性，二者是统一的。在 不同条件下，光表现出不 同的性质。
4
光的传播速度与介质关系
真空中的光速
在真空中，光的传播速度最快，约为 3×10^8 m/s。
光速与波长、频率的关系
2024/1/30
24
光学存储技术原理及应用
光学存储技术的分类
只读型、一次写入型和可重写型
光学存储技术的原理
利用激光束在存储介质上形成微小坑点来记录信息
光学存储技术的应用
数字音频、视频、图像和计算机数据的存储
2024/1/30
光学存储技术的优缺点及发展前景
容量大、保存时间长，但读写速度相对较慢
25
应用
透镜广泛应用于摄影、望远镜、 显微镜等光学仪器中，用于实现 物体的放大、缩小和成像等功能 。
10
反射镜成像原理及应用
成像原理
反射镜通过反射光线来改变光线的传 播方向，从而形成像。反射镜的成像 规律遵循光的反射定律和光路可逆原 理。
应用
反射镜广泛应用于天文望远镜、激光 测距仪、光学干涉仪等光学系统中， 用于实现光线的反射、聚焦和成像等 功能。
光学传感器种类及工作原理
光学传感器的分类
光电传感器、光纤传感器、光谱传感器等
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光电效应、康普顿效应等 现象表明光具有粒子性， 即光量子（光子）。
波粒二象性的统一
光既具有波动性又具有粒 子性，二者是统一的。在 不同条件下，光表现出不 同的性质。
4
光的传播速度与介质关系
真空中的光速
在真空中，光的传播速度最快，约为 3×10^8 m/s。
光速与波长、频率的关系
2024/1/30
24
光学存储技术原理及应用
光学存储技术的分类
只读型、一次写入型和可重写型
光学存储技术的原理
利用激光束在存储介质上形成微小坑点来记录信息
光学存储技术的应用
数字音频、视频、图像和计算机数据的存储
2024/1/30
光学存储技术的优缺点及发展前景
容量大、保存时间长，但读写速度相对较慢
25
应用
透镜广泛应用于摄影、望远镜、 显微镜等光学仪器中，用于实现 物体的放大、缩小和成像等功能 。
10
反射镜成像原理及应用
成像原理
反射镜通过反射光线来改变光线的传 播方向，从而形成像。反射镜的成像 规律遵循光的反射定律和光路可逆原 理。
应用
反射镜广泛应用于天文望远镜、激光 测距仪、光学干涉仪等光学系统中， 用于实现光线的反射、聚焦和成像等 功能。
光学传感器种类及工作原理
光学传感器的分类
光电传感器、光纤传感器、光谱传感器等
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
大学物理波动光学PPT课件
例2：例11-2
n3 n2 n1
23
n1
氟化镁 n2
玻璃
d
n3 n2
第11页/共44页
11.2 光的衍射
衍射现象： 只有当波长与障碍物的线度可比拟 时，才能观察到明显的衍射现象。
惠更斯-菲涅尔原理 子波干涉 夫琅和费单缝衍射：光源、单缝、屏幕距离无穷远 缝宽a、波长λ、焦距f、衍射角φ
S
L1 R
入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失。折射光 没有半波损失。
第7页/共44页
光程
真空中: C、 介质中: C' 、 '
同一束光在不同的介质中频率不变。
C C' '
n C C' '
'
n
2 r 2 nr '
即光在介质中传播r的波程与其在真空中
传播nr的波程产生的相位差相同.
l
dl
I I0
ln I l
I0
I I 0 e l
dl
I0
I
c I I0e cl
朗伯-比尔定律
第29页/共44页
令透射比 吸收度 消光系数
T I e cl I0
A logT cl loge
loge
比色计 分光光度计 光谱分析
A cl
第30页/共44页
本章小结
➢ 干涉：杨氏双缝干涉 薄膜干涉、半波损失、光程
I
0
一级光谱
ab
三级光谱 二级光谱
第40页/共44页
sin
光谱分析
由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成 分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分 析出元素的含量．
大学物理第5版课件 第11章 光学
1
M1 n1 n2
M2 n1
L 2
iD
3
A C
B
E
45
P
d
第十一章 光学
35
物理学
第五版
Δ32
n2
( AB
BC)
n1 AD
2
AB BC d cos γ
AD ACsin i
n2 n1
L
2
P
2d tan sini
1
iD 3
M1 n1 n2
A
C
d
M2 n1
B
C
d
M2 n1
B
E
45
注意：透射光和反 射光干涉具有互补 性 ，符合能量守恒 定律.
第十一章 光学
38
物理学
第五版
当光线垂直入射时 i 0
当 n2 n1 时
Δr
2dn2
2
当 n3 n2 n1 时
Δr 2dn2
第十一章 光学
n1 n2 n1
n1 n2
n3
39
物理学
第五版
四 了解衍射对光学仪器分辨率的影响.
五 了解 x 射线的衍射现象和布拉格公式 的物理意义.
第十一章 光学
7
物理学
第五版
光的偏振
11-0 教学基本要求
一 理解自然光与偏振光的区别.
二 理解布儒斯特定律和马吕斯定律.
三 了解双折射现象.
四 了解线偏振光的获得方法和检验 方法.
第十一章 光学
8
物理学
第五版
第十一章 光学
《大学物理光学》PPT课件 (2)
• 注意区分：
界面；入射面；振动面
n1
E P 光矢量的p分量-平行于入射面振动 n2
E S 光矢量的s分量-垂直于入射面振动
i1 i1'
i2
r—是在界面上的任一点的位置矢量。
图1.2-3 光在两种介质分界面上的反射与折射
1 波动光学基础
1.5.1 光在介质界面的反射与折射
E1s E1's E2s
A 1 s e i ( k x 1 r p t ) A ] 1 's [ e i ( k x 1 ' r p 1 't ) A ] 2 [ s e i ( k x 2 r p 2 t )] [
１． 1 1' 2
２．
k1rk1 ' rk2r
(k1' k1) r 0 (k2 k1) r 0
1、rp、r
均为复数
s
rp rs 1, RP RS 1
S 0 p,P 0 p 2、1 C时，s p 0,不改变偏振态 1 C时，s p 0 p，改变偏振态
二、倏逝波
1、等幅面是平行于界面的平面， 等相面是垂直于界面的平面。
2、入射波透入介质2约一个波长的深度， 透射波沿界面传播约半个波长， 然后返回介质1。
R
wp
0
0
30
1.5.5 反射光与透射光的半波损失（相位突变）
结论： ① 自然光自疏（快）介质向密（慢）介质入射时，反射光相对入射光 存在半波损失（p 相位突变），反之不存在。
② 透射光在任何情况下都不存在半波损失。
1 波动光学基础
1.5.6 全反射现象与应用
1.5.6 全反射现象与应用
• 一、反射系数及反射相移
大学物理光学基础ppt
求该单缝的宽度a=?
解： (1) a sin k (k 1,2,3)
第一级暗纹
k=1,1=300
a
0.5 2 1.0
m
sin 1
例、一束波长为 =5000Å的平行光垂直照射在一个
单缝上。(2)如果所用的单缝的宽度a=0.5mm，缝后 紧挨着的薄透镜焦距f=1m，求：(a)中央明条纹的角
即： k =(a+b) /a·k'
缝间光束干 (a+b)sin =k
涉极大条件 k=0,±1, ±2, ···
k 就是所缺的级次
缺级
单缝衍射 第一级极 小值位置
光栅衍射 第三级极 大值位置
缺级
k=-6 k=-4
k=-2 k=0
k=2
k=4
k=6
k=-5 k=-3
k=-1 k=1
k=3
k=5
若
a b k 3 6 9 a k 1 2 3
包权
人书友圈7.三端同步
dE C K ( ) cos 2 ( t r )dS C----比例常数
r
T
K( )----倾斜因子
K ( ) 0 K ( ) 最大
, K ( ) 0 dE 0
2
惠更斯-菲涅耳原理解释了波为什么不向后传 的问题，这是惠更斯原理所无法解释的。
P点的光振动（惠更斯原理的数学表达）为：
E
dE
C
K (
r
)
cos 2
(t T
r
)dS
15-2 单缝夫琅禾费衍射
单缝衍射实验装置
L1
K
L2
E 屏幕
S
*
用菲涅耳半波带法解释单缝衍射现象
将衍射光束分成一组一组的平行光，每组平行光的 衍射角（与原入射方向的夹角）相同
解： (1) a sin k (k 1,2,3)
第一级暗纹
k=1,1=300
a
0.5 2 1.0
m
sin 1
例、一束波长为 =5000Å的平行光垂直照射在一个
单缝上。(2)如果所用的单缝的宽度a=0.5mm，缝后 紧挨着的薄透镜焦距f=1m，求：(a)中央明条纹的角
即： k =(a+b) /a·k'
缝间光束干 (a+b)sin =k
涉极大条件 k=0,±1, ±2, ···
k 就是所缺的级次
缺级
单缝衍射 第一级极 小值位置
光栅衍射 第三级极 大值位置
缺级
k=-6 k=-4
k=-2 k=0
k=2
k=4
k=6
k=-5 k=-3
k=-1 k=1
k=3
k=5
若
a b k 3 6 9 a k 1 2 3
包权
人书友圈7.三端同步
dE C K ( ) cos 2 ( t r )dS C----比例常数
r
T
K( )----倾斜因子
K ( ) 0 K ( ) 最大
, K ( ) 0 dE 0
2
惠更斯-菲涅耳原理解释了波为什么不向后传 的问题，这是惠更斯原理所无法解释的。
P点的光振动（惠更斯原理的数学表达）为：
E
dE
C
K (
r
)
cos 2
(t T
r
)dS
15-2 单缝夫琅禾费衍射
单缝衍射实验装置
L1
K
L2
E 屏幕
S
*
用菲涅耳半波带法解释单缝衍射现象
将衍射光束分成一组一组的平行光，每组平行光的 衍射角（与原入射方向的夹角）相同
大学物理课件光学
康普顿效应
当X射线或γ射线与物质相互作用时，光子将部分能量转移 给电子，使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进 一步证实了光的粒子性。
02
光的干涉现象及应用
双缝干涉实验及原理
双缝干涉实验装置与步骤
介绍双缝干涉实验的基本装置，包括 光源、双缝、屏幕等，以及实验的操 作步骤。
双缝干涉现象观察
双缝干涉原理分析
光的偏振现象
横波特有的现象，纵波不发生偏振。 光的偏振证明了光是一种横波。
光的量子性描述
光子概念
光是由一份份不连续的能量子组成的，每一份能量子称为 一个光子。光子具有能量ε=hν和动量p=h/λ，其中h为普 朗克常量，ν为光的频率，λ为光的波长。
光电效应 当光照在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并 从金属表面逸出，形成光电流。光电效应实验证明了光的 量子性。
大学物理课件光学
目录
• 光学基本概念与理论 • 光的干涉现象及应用 • 光的衍射现象及应用 • 光的偏振现象及应用 • 现代光学技术与发展趋势 • 实验方法与技巧
01
光学基本概念与理论
光的本质和特性
01 光是一种电磁波
光具有波粒二象性，既可以表现为波动性质，也 可以表现为粒子性质。
02 光速不变原理
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面 上，只沿某个特定方向振动。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
布儒斯特角
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于 平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩 下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。
当X射线或γ射线与物质相互作用时，光子将部分能量转移 给电子，使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进 一步证实了光的粒子性。
02
光的干涉现象及应用
双缝干涉实验及原理
双缝干涉实验装置与步骤
介绍双缝干涉实验的基本装置，包括 光源、双缝、屏幕等，以及实验的操 作步骤。
双缝干涉现象观察
双缝干涉原理分析
光的偏振现象
横波特有的现象，纵波不发生偏振。 光的偏振证明了光是一种横波。
光的量子性描述
光子概念
光是由一份份不连续的能量子组成的，每一份能量子称为 一个光子。光子具有能量ε=hν和动量p=h/λ，其中h为普 朗克常量，ν为光的频率，λ为光的波长。
光电效应 当光照在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并 从金属表面逸出，形成光电流。光电效应实验证明了光的 量子性。
大学物理课件光学
目录
• 光学基本概念与理论 • 光的干涉现象及应用 • 光的衍射现象及应用 • 光的偏振现象及应用 • 现代光学技术与发展趋势 • 实验方法与技巧
01
光学基本概念与理论
光的本质和特性
01 光是一种电磁波
光具有波粒二象性，既可以表现为波动性质，也 可以表现为粒子性质。
02 光速不变原理
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面 上，只沿某个特定方向振动。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
布儒斯特角
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于 平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩 下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。
2024版年度《光学》全套课件
2024/2/2
常见衍射现象
单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射 等。 03
衍射现象应用
04 光谱分析、光学成像等。
15
偏振现象及其产生原因分析
偏振现象定义
偏振是指光波中电场矢量方向在传播过程中有规则变化的现 象。
偏振产生原因
光波为横波，其电场矢量与磁场矢量相互垂直，且均垂直于 传播方向。当光波经过某些物质时，其电场矢量方向受到限 制，从而产生偏振现象。
3
光电效应规律及应用 总结光电效应的规律，如光电效应方程、截止频 率等，并探讨其在现代科技中的应用。
2024/2/2
20
玻尔原子模型及其意义探讨
2024/2/2
玻尔原子模型提出背景
介绍玻尔提出原子模型的背景，包括当时物理学界对原子结构的 认识以及存在的困难。
玻尔原子模型内容及假设
详细阐述玻尔原子模型的内容，包括原子的定态假设、频率法则以 及电子的跃迁等。
《光学》全套课件
2024/2/2
1
CONTENTS
• 光的本质与传播 • 几何光学基础 • 波动光学基础 • 量子光学基础 • 非线性光学简介 • 现代光学技术发展趋势
2024/2/2
2
2024/2/2
01
光的本质与传播
3
光的波粒二象性
2024/2/2
光的波动性质
光在传播过程中表现出波动性，如干涉、 衍射等现象。
普朗克黑体辐射公式
02
介绍普朗克为解决黑体辐射问题提出的能量量子化假设，以及
由此导出的黑体辐射公式。
公式验证及意义
03
通过实验验证普朗克公式的正确性，并探讨其在物理学史上的
重要意义。
19
【精品】物理光学PPT课件(完整版)
物理光学
绪论
1. 物理光学的研究对象和内容
光学是研究光的本性,光的传播以及它和物质相互作 用的学科。
光学
几何光学 物理光学 现代光学
波动光学 量子光学
几何光学：基于“光直线传播”的概念讨论光的传播规律 几何光学三个基本定律（直线传播，折射、反射定律）。
是光波衍射规律的短波近似。
它们在方法上是几何的，在物理上不涉及光的本质。
f ( ) 1 cos Ts ( )
在三个坐标轴方向上方向的空间频率为：
fx
cos
fy
cos
fz
cos
f x , f y , fz 又称为三维简谐波固有空间频率 f 的坐标轴分量。
f
2 x
f
2 y
f
2 z
1
2
f
2
光波的空间频率分量反映了波的传播方向， 所以可以根据光的波长和空间频率分量写出 波函数：
I A2 E(r ) E*(r )
此公式也适用于非单色光。
x 2π
O
0 y
-2π
共轭光波，也就是与原复振幅共轭的复振幅所描述的光波。 以图1.5的情形为例，z=0平面上的复振幅为：
E(r ) Aexp(ikx sin )
其中的γ也是入射光波的入射角。 其共轭为：
E*(r) Aexp(ikxsin ) Aexpikxsin( )
波面为球面的波被称为球面波。
理想点光源发出的波为球面波。
一个在真空或各向同性介质中的 理想点光源，它向外发射的光波 是球面光波，等相位面是以点光 源为中心、随着距离的增大而逐 渐扩展的同心球面。
1.3.1 球坐标系中的波动微分方程
球面波具有球对称性，在球坐标系中，球面波的波
绪论
1. 物理光学的研究对象和内容
光学是研究光的本性,光的传播以及它和物质相互作 用的学科。
光学
几何光学 物理光学 现代光学
波动光学 量子光学
几何光学：基于“光直线传播”的概念讨论光的传播规律 几何光学三个基本定律（直线传播，折射、反射定律）。
是光波衍射规律的短波近似。
它们在方法上是几何的，在物理上不涉及光的本质。
f ( ) 1 cos Ts ( )
在三个坐标轴方向上方向的空间频率为：
fx
cos
fy
cos
fz
cos
f x , f y , fz 又称为三维简谐波固有空间频率 f 的坐标轴分量。
f
2 x
f
2 y
f
2 z
1
2
f
2
光波的空间频率分量反映了波的传播方向， 所以可以根据光的波长和空间频率分量写出 波函数：
I A2 E(r ) E*(r )
此公式也适用于非单色光。
x 2π
O
0 y
-2π
共轭光波，也就是与原复振幅共轭的复振幅所描述的光波。 以图1.5的情形为例，z=0平面上的复振幅为：
E(r ) Aexp(ikx sin )
其中的γ也是入射光波的入射角。 其共轭为：
E*(r) Aexp(ikxsin ) Aexpikxsin( )
波面为球面的波被称为球面波。
理想点光源发出的波为球面波。
一个在真空或各向同性介质中的 理想点光源，它向外发射的光波 是球面光波，等相位面是以点光 源为中心、随着距离的增大而逐 渐扩展的同心球面。
1.3.1 球坐标系中的波动微分方程
球面波具有球对称性，在球坐标系中，球面波的波
大学物理光学PPT演资料
反射的规律
如果让光线逆着反射光线的方向照射到平面镜上， 可以看见光，这说明：在反射现象中，光路是可逆 的。
镜面反射和漫反射
平行光射到平面镜上，反射光仍平行，这个反射叫 镜面反射。
平行光照到白纸上，反射光向各个不同的方向，这 种反射叫漫反射。
镜面反射和漫反射都遵循光的反射定律。
牛 顿 环
牛顿环的应用———检测透镜质量
将标准验规覆盖于待测透镜表面，两者之间形成空气膜， 因此可观察到牛顿圈。如圈数越多，说明误差越大。如牛 顿圈偏离圆形，说明透镜表面不规则。
惠更斯的波动说
光是在充满整个空间的特殊介质“以太”中 传播的某种弹性波
惠更斯只是在前人的基础上进一步发展了光的波动理论 ,得到了著名的惠更斯原理.用这个原理他成功地推导出 反射定律和折射定律,此外还说明了冰洲石的双折射现 象.惠更斯发现了光的偏振现象.不过在那个年代因为牛 顿支持光的粒子学说,所以光的波动说没有被普遍接受. 直到19世纪杨氏双缝实验的成功,光的波动理论才开始 逐渐被人们接受.
牛顿在光学上的贡献
牛顿是这样认为的：光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子 流，发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流，一旦 这些光粒子进入人的眼睛，冲击视网膜，就引起了视觉，这就是光的微粒 说．牛顿用微粒说轻而易举地解释了光的直进、反射和折射现象．由于微 粒说通俗易懂，又能解释常见的一些光学现象，所以很快获得了人们的承 认和支持．
动是各子波在此产生的振动的叠加 .
由子波相干叠加得到在 P点的合振动为：
E
S
dE
C
S
K
(
)
dS r
cos(t
2 nr
)dS
光的反射
大学物理光学部分ppt
薄膜的最小厚度对应 k 0 ，所以 emin 4n
在镀膜工艺中，常把 ne 称为薄膜的光学厚度，镀膜时控 制厚度e，使膜的光学厚度等于入射光波长的1/4。
注意: 一定的膜厚只对应一定波长的单色光，照相机镜头常
取 550 n黄m绿光
来计算镀膜的厚度。在白光
下观看此薄膜的反射光，因缺少黄绿色光而表面呈蓝紫色。
相对光强 I E 2 E是电场强度振幅
2、光源
光 是原子或分子的运动
状态变化时辐射出来 大量处的于激发态的原子自发地 跃迁到低激发态或基态时就辐 射电磁波（光波）。
- 1.5 e V - 3.4 e V
波列
- 13.6 e V 氢原子的发光跃迁
原子发光的特性
间歇性 每个原子或分子的辐射是断续的、无规则的，每
1 m . 若第 1 级明纹到第 4 级明纹的距离为 7.5 mm ，求光波 波长。
解 d 0.2 mm
D 1m
x D
d
r2
P
s1
d
r1
o
s2
D
x 7.5 2.5 mm 3
所以 d x 500 nm
D
例2 用云母片（ n = 1.58 ）覆盖在杨氏双缝的一条缝上，
这时屏上的零级明纹移到原来的第 7 级明纹处。若光波波长 为 550 nm ，求云母片的厚度。
§10.1 光的相干性
1、光的电磁理论要点
光速
光波是电磁波, 电磁波在真空中的传播速度
c
1
00
, 介质中 v
c
r r
而
c n v
rr
可见光的波长范围
400 nm — 760 nm
1 nm =10-9 m
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光源发光，是大量原子、分子的微观过程。 能级、跃迁、辐射、波列
E2 •
= (E2-E1)/h
持续时间～10－8s E1 • 能级跃迁辐射
波列
波列长 L = c
1、普通光源：自发辐射
· ·
独立（不同原子发的光）
独立（同一原子先后发的光）
2、激光光源：受激辐射
•
E2
= (E2-E1) / h
2 2
1
2
exp i( 0 )t dt
2 2
2 sin( 0 ) 2
0
波列的能谱：
I()
g() 2
2sin2( 0 )
( 0 )2
2
I ( )
0
E ，只讨论 E）
2
r1
1
r2
2 E20
·P
E0
E02 E120 E220 2E10E20 cos
2 1
2
பைடு நூலகம்
1 E10
I E02 , 又 I1 E120，I2 E220
光强分布：I I1 I2 2 I1I2 cos
干涉项
I Imin I1 I2 2 I1I2
2、条纹衬比度（对比度，反衬度，contrast）
V Imax Imin Imax Imin
I I1 I2
Imax
I 4I1I1 I2
Imin
-4 -2 0 2 4
衬比度差 (V < 1)
-4 -2 0 2 4
波动光学
第3章 光的干涉
2005年秋季学期 陈信义编
光学研究光的传播以及它和物质相互作用。
通常分为以下三个部分： 几何光学：以光的直线传播规律为基础，主要
研究各种成象光学仪器的理论。 波动光学：研究光的电磁性质和传播规律，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
第2级开始出现重叠（书P124 例 3.1）
四、干涉问题分析的要点 （1）确定发生干涉的光束； （2）计算波程差（光程差）； （3）明确条纹特点：
形状、 位置、级次分布、条纹移动等； （4）求出光强公式、画出光强曲线。
△ 五、其他分波面干涉实验 （自学书P128—129）
要求明确以下问题： 1、如何获得的相干光； 2、明、暗纹条件； 3、干涉条纹特点：
物质相互作用的规律。
波动光学和量子光学，统称为物理光学。
目录
§3.1 光的相干性 §3.2 双缝干涉及其他分波面干涉实验 §3.3 时间相干性 §3.4 空间相干性 §3.5 光程 §3.6 薄膜干涉（一） — 等厚条纹 §3.7 薄膜干涉（二） — 等倾条纹 §3.8 迈克耳孙干涉仪
§3.1 光的相干性 一、光源（light source）
k,
x k
k
D d
暗纹： (2k 1) π，k 0,1,2,
(2k 1) , 2
x( 2k 1)
(2k 1) D
2d
条纹间距：
x
D d
二 、双缝干涉光强公式
I I1 I2 2 I1I2 cos
设 I1 = I2 = I0，则光强为
•
E1
完全一样（传播方向，频率， 位相，振动方向）
二、光的相干性
1、两E列：光光波矢的量叠令加（E1B//E2Ec，,B1
· P
E1 E10 cos( t 1 )
E 2 E20cos(t 2 )
· E E1 E2 E0 cos( t )
: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。
傅立叶变换： f (t)
1
g( )exp(it)d
2
g( )
1
f (t)exp(it)dt
2
对波列E(t)作傅立叶变换，得频谱分布：
g()
1
2
E (t ) e xp(it )dt
（1）一系列平行的明暗相间的条纹；
（2） 不太大时条纹等间距；
（3）中间级次低，两边级次高
级次：k =
d sin
r2 r1
明纹： k ，k =0,1,2… （整数级）
暗纹： (2k+1)/2
（半整数级）
（4）x ，白光入射时，0级明纹中心为白色
（可用来定0级位置），其余级明纹构成彩带，
r2
x
d
0
D
d >> ，D >> d （d 10 -4m， D1m）
波程差：
r2
r1
d sin
d
tg
d
x D
相位差： 2 π
r1 P ·x x
d
r2
0
x
x0
x
d
x D
I 2 π
D
明纹： 2k π, k 0,1,2,
I
4I0
cos2
2
I
光强曲线
4I0
d s in
2π
k dsin
-4 -2 0 -2 -1 0
x2 x1 0
-2 /d - /d 0
2 4
12k
x1 x2 x
/d 2 /d sin
红光入射的杨氏双缝干涉照片 白光入射的杨氏双缝干涉照片
三、双缝干涉条纹的特点
非相干光： cos 0 I =I1+I2 —非相干叠加
完全相干光： cos cos
相长干涉（明） 2k π，（k = 0,1,2…）
I Imax I1 I2 2 I1I2
相消干涉（暗） (2k 1) π，(k = 0,1,2…)
形状、间距、 级次位置分布； 4、劳埃镜实验，半波损失。
§3.3 时间相干性（temporal coherence）
一、光的非单色性
1、理想的单色光
2、实际光束：波列 准单色光
I I0
波列长L= c
E(t)
e xp(i0t ),
2
t
2
E(t) 0, 其它时间
I0
2
0
0
衬比度好 (V = 1)
决定衬比度的因素：
振幅比，光源的单色性，光源的宽度 干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）
3、由普通光源获得相干光的途径
分波面法： S * 分振幅法： S *
P
·P
薄膜
两束相干 光在 P 点 相干叠加
§2 双缝干涉及其他分波面干涉实验 一、双缝干涉
单色光入射
r1 P ·x
E2 •
= (E2-E1)/h
持续时间～10－8s E1 • 能级跃迁辐射
波列
波列长 L = c
1、普通光源：自发辐射
· ·
独立（不同原子发的光）
独立（同一原子先后发的光）
2、激光光源：受激辐射
•
E2
= (E2-E1) / h
2 2
1
2
exp i( 0 )t dt
2 2
2 sin( 0 ) 2
0
波列的能谱：
I()
g() 2
2sin2( 0 )
( 0 )2
2
I ( )
0
E ，只讨论 E）
2
r1
1
r2
2 E20
·P
E0
E02 E120 E220 2E10E20 cos
2 1
2
பைடு நூலகம்
1 E10
I E02 , 又 I1 E120，I2 E220
光强分布：I I1 I2 2 I1I2 cos
干涉项
I Imin I1 I2 2 I1I2
2、条纹衬比度（对比度，反衬度，contrast）
V Imax Imin Imax Imin
I I1 I2
Imax
I 4I1I1 I2
Imin
-4 -2 0 2 4
衬比度差 (V < 1)
-4 -2 0 2 4
波动光学
第3章 光的干涉
2005年秋季学期 陈信义编
光学研究光的传播以及它和物质相互作用。
通常分为以下三个部分： 几何光学：以光的直线传播规律为基础，主要
研究各种成象光学仪器的理论。 波动光学：研究光的电磁性质和传播规律，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
第2级开始出现重叠（书P124 例 3.1）
四、干涉问题分析的要点 （1）确定发生干涉的光束； （2）计算波程差（光程差）； （3）明确条纹特点：
形状、 位置、级次分布、条纹移动等； （4）求出光强公式、画出光强曲线。
△ 五、其他分波面干涉实验 （自学书P128—129）
要求明确以下问题： 1、如何获得的相干光； 2、明、暗纹条件； 3、干涉条纹特点：
物质相互作用的规律。
波动光学和量子光学，统称为物理光学。
目录
§3.1 光的相干性 §3.2 双缝干涉及其他分波面干涉实验 §3.3 时间相干性 §3.4 空间相干性 §3.5 光程 §3.6 薄膜干涉（一） — 等厚条纹 §3.7 薄膜干涉（二） — 等倾条纹 §3.8 迈克耳孙干涉仪
§3.1 光的相干性 一、光源（light source）
k,
x k
k
D d
暗纹： (2k 1) π，k 0,1,2,
(2k 1) , 2
x( 2k 1)
(2k 1) D
2d
条纹间距：
x
D d
二 、双缝干涉光强公式
I I1 I2 2 I1I2 cos
设 I1 = I2 = I0，则光强为
•
E1
完全一样（传播方向，频率， 位相，振动方向）
二、光的相干性
1、两E列：光光波矢的量叠令加（E1B//E2Ec，,B1
· P
E1 E10 cos( t 1 )
E 2 E20cos(t 2 )
· E E1 E2 E0 cos( t )
: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。
傅立叶变换： f (t)
1
g( )exp(it)d
2
g( )
1
f (t)exp(it)dt
2
对波列E(t)作傅立叶变换，得频谱分布：
g()
1
2
E (t ) e xp(it )dt
（1）一系列平行的明暗相间的条纹；
（2） 不太大时条纹等间距；
（3）中间级次低，两边级次高
级次：k =
d sin
r2 r1
明纹： k ，k =0,1,2… （整数级）
暗纹： (2k+1)/2
（半整数级）
（4）x ，白光入射时，0级明纹中心为白色
（可用来定0级位置），其余级明纹构成彩带，
r2
x
d
0
D
d >> ，D >> d （d 10 -4m， D1m）
波程差：
r2
r1
d sin
d
tg
d
x D
相位差： 2 π
r1 P ·x x
d
r2
0
x
x0
x
d
x D
I 2 π
D
明纹： 2k π, k 0,1,2,
I
4I0
cos2
2
I
光强曲线
4I0
d s in
2π
k dsin
-4 -2 0 -2 -1 0
x2 x1 0
-2 /d - /d 0
2 4
12k
x1 x2 x
/d 2 /d sin
红光入射的杨氏双缝干涉照片 白光入射的杨氏双缝干涉照片
三、双缝干涉条纹的特点
非相干光： cos 0 I =I1+I2 —非相干叠加
完全相干光： cos cos
相长干涉（明） 2k π，（k = 0,1,2…）
I Imax I1 I2 2 I1I2
相消干涉（暗） (2k 1) π，(k = 0,1,2…)
形状、间距、 级次位置分布； 4、劳埃镜实验，半波损失。
§3.3 时间相干性（temporal coherence）
一、光的非单色性
1、理想的单色光
2、实际光束：波列 准单色光
I I0
波列长L= c
E(t)
e xp(i0t ),
2
t
2
E(t) 0, 其它时间
I0
2
0
0
衬比度好 (V = 1)
决定衬比度的因素：
振幅比，光源的单色性，光源的宽度 干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）
3、由普通光源获得相干光的途径
分波面法： S * 分振幅法： S *
P
·P
薄膜
两束相干 光在 P 点 相干叠加
§2 双缝干涉及其他分波面干涉实验 一、双缝干涉
单色光入射
r1 P ·x