1第十三章光的波动性 干涉精品PPT课件

n红m外线 可见光Visible light 紫外线
10-7 ~ 10-13 3 ×10-8 ~ 10-14 <10-14
(Xm射) 线
射线 宇宙射线
A chart of electromagnetic spectrum
Visible light (very approximately): 400~450 nm Violet 450~500 nm Blue 500~550 nm Green 550~600 nm Yellow 600~650 nm Orange 650~760 nm Red
光的认识过程：
（1）15世纪以前： 各民族有不同的看法！
（2）16、17和18世纪： 惠更斯的波动学说和牛顿的微粒学说
（3）19世纪初期： 扬氏----菲涅尔波动学说
（4）麦克斯韦理论------光是电磁波 （5）现代学说-------波粒二象性
以后如何？天知，地知，我不知， 你不知，让我们耐心等待吧！
重要的历史人物（波动光学）：
托马斯.扬(Thomas Young)：1773~1829，英
国物理学家，医师，主要贡献：（1）光学----扬氏 干涉实验，向牛顿的微粒学说挑战；（2）材料力 学----扬氏模量；（3）生理学-----眼对光的感受， 三色原理。
夫琅和费（Toseph Von Fraunhefer)：
• 但实际上，上述光线的概念与光的波动 性质相违背，因为无论从能量的观点， 还是从光的衍射现象来看，这种几何光 线都是不可能存在的。所以，几何光学 只是波动光学的近似，是当光波的波长 很小时的极限情况。
• 作此近似后，几何光学就可以不涉及光 的物理本性，而能以其简便的方法解决 光学仪器中的光学技术问题。
第十三章 光的波动性
Chapter 13 Fluctuations of light
波动光学 Wave Optics
自古以来神奇的光一直吸引这人们：
光是什么？是粒子、是波、是能量？ 光怎样从物质中发出？又怎样成为物质 的一部分？光速为什么是宇宙物质运动 的极限？……有些科学已作了回答，有 些还在争论不休。但毕竟想方设法去了 解光，已带来了物理学一场又一场的革 命！
应的是电磁波中的
电场强度矢量 E ， 因此，常把 E 矢量 称为“光矢量”。
0
H
H
x
四．电磁波谱 A chart of electromagnetic spectrum
波长wavelength ： ~ 105 104 ~ 1 1 ~ 10-3 (m)
电磁波：工业电 无线电波 微波
10-3 m ~ 770 nm 760 ~ 400 nm 400 ~ 1
格的单色光钠光灯发出的黄色光不
是单色光。氦-氖激光器发出的光
也不是严格的单色光。
Δλ
波列越长，谱线宽度越窄，
光的单色性越好。
Ei+1
Ei
l
l
Δλ
谱线宽度
Ei+1
Ei
三、光是电磁波：是频率在一定范围内电磁波
（波长在400~760nm )，是对人眼能产生视觉的
电磁波。电磁波是横波。
引起视觉和化学效
E Eu
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
•万物通过光进入我们的生活，没有光就没有光明！ •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！ •………...
光学
Optics
几何光学：Geometry Optics
研究光在透明介质中传播问题
波动光学：以光的波动性为基础，研究
光的传播及其规律问题
量子光学：Quanta Optics
以光的量子理论为基ptics
光的干涉 Interference of light 光的衍射 Diffraction of light 光的偏振 Polarization of light
其波长在400~700nm
2. 复色光polychromatic light：
具有不同频率（波长）的复合光
在原子中有许多能量状态—— 能级，当原子从不同的能级跃迁到 基态时，能级差不同，辐射的电磁 波的频率也不同，相应的波长也不 同。
任何光源所发射的光都不是单色光。 I
I0
原子发射的光，其波列长度是有限 I0/2 的，光谱线都有一定宽度，不是严
·
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 Stimulated of Radiation
E2
= (E2-E1)/h
完全一样(频率,位相,振动
E1
方向,传播方向)
二. 单色光与复色光
1. 单色光monochromatic light ：
频率恒定的一列无限长正弦（或余弦）的光波
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。
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。
五．光程与光程差
§13.2 光波的物理图像
Light wave physical picture 一．原子发光机理 波列
原子在激发态上存在的时间的数量级为10-11~10-8 s ， 它很快就回到较低的能态，并发射光波。
能级跃迁辐射 E2
= (E2-E1)/h
E1
波列
波列长L = c (≈10-8 s)
1. 普通光源：自发辐射
§13.1 几何光学简介
Introduction of Geometry Optics
几何光学是光学学科中以光线为基础，研究光的传播和 成像规律的一个重要的实用性分支学科。在几何光学中， 把组成物体的物点看作是几何点，把它所发出的光束看 作是无数几何光线的集合，光线的方向代表光能的传播 方向。在此假设下，根据光线的传播规律，在研究物体 被透镜或其他光学元件成像的过程，以及设计光学仪器 的光学系统等方面都显得十分方便和实用。