16-1-wcx 相干光.ppt

光学 第16章光的干涉第17章光的衍射第18章光的偏振 研究光的本性 研究光的产生 传输与接收规律 研究光与物质的相互作用 研究光学的应用 光学绪言 一 光学的研究内容 光学是物理学发展较早的一个分支 其发展过程大致可分为五个阶段 1 萌芽时期 对光现象有了一定的认识 墨经 光的直线传播原理 凹镜和凸镜成像实验 淮南子 凹镜取火 梦溪笔谈 针孔成像 球面镜成像 月蚀 2 几何光学时期 建立了光的反射 折射定律 奠定几何光学基础 出现了光学仪器 望远镜等 古老问题 光的本性是什么 17世纪形成两个学说 二 光学发展史 牛顿的微粒说光是由发光物体发出的遵循力学规律作等速运动的粒子流 惠更斯的波动说认为光是一种机械波 它依靠所谓的弹性介质 以太 来传播 19世纪初 发现光的干涉 衍射和偏振现象 1862年 傅科实验测定 19世纪60年代 麦克斯韦建立光的电磁理论 3 波动光学时期 量子光学时期 黑体辐射 光电效应 康普顿效应等一系列发现 使人们认识到光具有波粒二象性 5 现代光学时期 20世纪60年代 激光问世 以量子力学和激光技术为基础的现代光学时期开始 三 光学的分类 几何光学以光的直线传播和反射 折射定律为基础 研究光在透明介质中的传播以及光学仪器成象规律的学科 物理光学以光的波动性和粒子性为基础 研究光现象的基本规律 又分为波动光学和量子光学 波动光学 用光的波动性去研究光在传输过程中出现的现象 规律及其应用的学科 量子光学 用光的粒子性去研究光与物质相互作用的微观机制 遵从的规律及其应用的学科 四 光学的应用 五 几何光学的基本理论 1 光的直线传播定律 3 光的反射折射定律 2 光的独立传播定律 在真空或均匀介质中 光沿着直线传播 自不同方向或者由不同物体发出的光线相交 对每一条光线的独立传播不发生影响 1 光波的概念 红外光 760nm可见光 在400 760nm之间紫外光 400nm 光是一种电磁波 横波 振动矢量 E H E 感光或生理作用的主要矢量 称 光矢量 E的振动 光振动 第16章光的干涉 2 光波的波动方程 平面电磁波 光矢量 r 光在介质中实际通过的路程 真空中的波长 定义 光程L nr 真空 n 1 L r 介质 n 1 光在介质中传播距离 折合为真空中传播距离 16 1光源和光的相干性 一 光源 发光的物体 1 普通光源的分类 按照激发方式不同 热光源 热能激发 冷光源 非热能激发 化学能 电能 光能 电致发光 稀薄气体通电 辉光 光致发光 化学发光 燃烧 萤火虫 磷氧化 光源移去就停止发光 荧光 光源移去仍可持续发光 磷光 荧光防伪 荧光棒 内部发生放射性反应 产生的射线激发外周的荧光粉发光 因此它们在夜里没有任何紫外线的情况下都能发光 荧光笔 有荧光剂 它遇到紫外线 太阳光 日光灯 水银灯比较多 时会产生荧光效应 发出白光 从而使颜色看起来有刺眼的荧光感觉 荧光灯常见的荧光灯 灯管内部被抽成真空再注入少量的水银 灯管电极的放电使水银发出紫外波段的光 这些紫外光是不可见的 并且对人体有害 所以灯管内壁覆盖了一层称作磷 荧 光体的物质 它可以吸收那些紫外光并发出可见光 最大的夜明珠国庆期间 陕西西安展出一颗夜明珠 这颗夜明珠直径1 6米 重6 2吨 通体为绿色 圆滑而光润 仿佛大翡翠一般可爱 在白天还看不到它的光芒 但是到夜晚的时候 在黑暗中自然发出由绿到白的荧光 犹如一轮明月 这颗夜明珠已被评为上海大世界吉尼斯之最 据悉 这颗夜明珠是由一个矿工在云南发现的 重量有7吨多 经过打磨之后才变成圆形 2 普通光源的发光机制 处于激发态的原子或者分子在从高一级激发态向低级激发态或者基态跃迁的过程中 向外发射电磁波 即光波 Note 1 自发跃迁 2 波列 3 间歇性 4 随机性 特点 同一原子发光具有瞬时性和间歇性 偶然性和随机性 而不同原子发光具有独立性 一般情况下 光由许多光子组成 光子与光子之间 毫无关联 即波长不一样 相位不一样 偏振方向不一样 传播方向不一样 就象是一支无组织 无纪律的光子部队 各光子都是散兵游勇 不能做到行动一致 二 单色光和复色光 Note 严格的单色光是不存在的 自然频宽 多普勒效应 2 光谱曲线 单色性的衡量 光强 光的平均能流密度 表示单位时间内通过与传播方向垂直的单位面积的光的能量在一个周期内的平均值I E02 越窄单色性越好 谱线宽度 1 定义 单色光 只含单一波长 频率一定 的光 如激光复色光 不同波长 频率 单色光的混合 如白光 机械波相干条件 振动方向相同 振动频率相同 相位相同或相位差保持恒定 1 什么是光的干涉现象两束光的相遇区域形成稳定的 有强有弱的光强分布 三 光的相干性 2 相干光与相干光源两束满足相干条件的光称为相干光 相应的光源称为相干光源 光波相干条件 设在真空中有两个频率相同的点光源 只有不随时间变化 恒定 才能保证P点I恒定 结论 普通光源发出的光波 振动方向 频率和相位都是杂乱无章的 不满足相干条件 不是相干光 不能产生干涉现象 普通光源可否实现相干条件 光波相干条件 振动方向相同 相近 振动频率相同 相位相同或相位差保持恒定 原理 将同一光源上同一点或极小区域 可视为点光源 发出的一束光分成两