南方医科大学《大学物理》李贞姬-ch12-1-lzj

第十二章波动光学 WaveOptics 光的衍射 6 10 光的干涉 1 5 光的偏振 11 15 1 光源 光源的分类 任何发光的物体都可以称为光源 光谱 使光波中不同频率的光分开 形成光谱 按光谱分为 线谱光源 连续谱光源 线谱光源 氢原子的巴耳末线系照片 一 光源 lightsource 连续谱光源 普通光源 自发辐射Spontaneousradiation 热辐射 电致发光 光致发光 化学发光 例如 太阳 白炽灯 例如 闪电 霓虹灯 发光二极管等 例如 日光灯 鳞光物质 例如 燃烧 磷自燃 萤火虫 按发光机制分为 普通光源 新型光源 自发辐射发光机理 1 光波列长度 2 光波列长度与其单色性关系 由傅立叶分析可知 c 光波单色性 非相干 不同原子发的光 非相干 同一原子先后发的光 两个灯泡照明 不会产生光强度的稳定分布 普通光源的发光特点不同原子的激发和辐射是彼此独立的 随机的 间歇进行的 3 光源中各光波列之间关系 激光的特点 高定向性 高单色性 高亮度 高相干性 新型光源 受激辐射Stimulatedradiation 激光 基于特定能级间粒子数反转体系的受激辐射 同步辐射光 同步加速器产生的辐射光 强度高 方向性好 偏振性好 稳定性好 波谱宽等 同步辐射光的特点 受激辐射 发光的物体称为光源 LightSource 人们有时也把反射来自光源的光的被照物体当作次级光源 如月亮 反射镜等 光源从发光机制可分为普通光源和激光光源两大类 1 普通光源普通光源按光的激发方式又可分为 热辐射光源 化学 生物光源 气体放电光源等 2 激光光源激光是上世纪六十年代初期发展起来的一种新型人造光源 激光是受激辐射放大的光 常用的激光器按工作物质的不同 有固体激光器 气体激光器 液体激光器和半导体激光器 激光器的工作方式有连续的和脉冲的两种 自从1960年第一台红宝石激光器问世以来 激光科学与技术的发展非常迅速 激光在机械加工 电子工业 精密测量 军事武器 医学治疗 通信等方面有广泛的应用 同时还带动了全息光学 傅里叶光学 非线性光学 激光光谱学和光化学等新型学科的发展 光源的发光机制1 普通光源一个孤立的原子 它的能量只允许处在一系列的分立能级E1 E2 En上 通常原子总是处在最低的能级E1上 如果在外界作用下 原子吸收了外界能量跃迁到较高的能级上 结果使该原子处于激发态 然后 原子就会在没有任何外界作用下 自发地辐射出光子 回到低激发态或基态 辐射出光子的能量 这种现象称为自发辐射 普通光源的发光以自发辐射为主 普通光源的发光特点 1 间歇性原子从高能级到低能级的跃迁过程经历的时间是很短的 约为s 这也是一个原子一次发光所持续的时间 一个原子一次发光只能发出一段长度有限 频率一定 振动方向一定的光波 这一段光波对应一个波列 每个原子或分子发光都是断断续续的 即有间歇性 2 随机性各个原子的辐射都是自发地 独立地进行的 每个原子或分子先后发出的不同波列 以及不同原子或分子发射的各个波列 彼此之间在传播方向 振动方向和初相位上没有确定的关系 完全是无规的 两个独立光源或同一个光源上的两部分发出的光相叠加时 不可能产生干涉 设两列光波相遇 只讨论电振动 光振动 光矢量 二 光波的相干叠加 superpositionprincipleoflightwave P 1 2 r1 r2 两光波叠加区域P点的光强为 1 相长干涉 明纹 2 相消干涉 暗纹 如果 如果 讨论 P 1 2 r1 r2 相干条件 1 频率相同 2 相位差恒定 3 光矢量振动方向