1第十三章光的波动性 干涉精品PPT课件

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础，研究光与物质相 互作用的规律
波动光学
Wave Optics
光的干涉 Interference of light 光的衍射 Diffraction of light 光的偏振 Polarization of light
·
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
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
Hale Waihona Puke Baidu
•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！ •………...
• 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。
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)：
§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。
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！
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
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
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
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
§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
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