《光学》课件全集.ppt

光学优质课程多媒体课件,绪论第一章光的干涉第二章光的衍射第三章几何光学的基本原理第四章光学仪器的基本原理第五章光的偏振第七章光的量子性,绪论,0-1光学的研究内容和方法,一、光学的重要性,二、光学的研究内容,1、光的发射、传播和接收等规律,2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。,3、光的本性问题,4、光在生产和社会生活中的应用,三、研究方法,实验,实验,假设,理论,0-2光学发展简史,一、萌芽时期,世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468376年），欧几里德（公元前330275年），差一百多年。,墨翟（公元前468376年）春秋末战国初期鲁国人（今山东省滕州市）墨子是我国战国时期著名的思想家、教育家、科学家、军事家、社会活动家，墨家学派的创始人。创立墨家学说，并有墨子一书墨子传世。,节俭、非攻、兼爱、尚鬼,从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的：第一条，叙述了影的定义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在光学中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识从人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。,克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90168年）研究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面时的入射角和折射角。罗马的塞涅卡（公元前3公元65年）指出充满水的玻璃泡具有放大性能。阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元9651038年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于界面。,沈括（10311095年）所著梦溪笔谈中，论述了凹面镜、凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。,培根（12141294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望远镜的可能性。,沈括（10311095年）,培根（12141294年）,阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。,波特（15351561年）研究了成像暗箱。,特点：,只对光有些初步认识，得出一些零碎结论，没有形成系统理论。,二、几何光学时期,菲涅耳和迪卡尔提出了折射定律,这一时期建立了反射定律和折射定律，奠定了几何光学基础。,李普塞（15871619）在1608年发明了第一架望远镜。,延森（15881632）和冯特纳（15801656）最早制作了复合显微镜。,1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星的卫星。,三、波动光学时期,1865年，麦克斯韦提出，光波就是一种电磁波,1801年，托马斯杨做出了光的双缝干涉实验,托马斯杨,惠更斯,牛顿,1808年，马吕发现了光在两种介质界面上反射时的偏振性。,1815年，菲涅耳提出了惠更斯菲涅耳原理,通过以上研究，人们确信光是一种波动。,1845年，法拉弟发现了光的振动面在强磁场中的旋转，揭示了光现象和电磁现象的内在联系。,四、量子光学时期,光的电磁理论不能解释黑体辐射能量按波长的分布和1887年赫兹发现的光电效应1900年普朗克提出辐射的量子理论1905年爱因斯坦提出光量子假说；1923年康普顿和吴有训用实验证实了光的量子性。至此，人们认识到光具有波粒二象性。,爱因斯坦,五、现代光学时期,1960年，梅曼制成了红宝石激光器，激发的问世，使古老的光学焕发了青春，光学与许多科学技术领域相互渗透，相互结合，派生出许多崭新的分支。主要包括：激光、全息照相术、光学纤维、红外技术。激发、原子能、半导体、电子计算机被称作当代四大光明。美机载激光系统近年又产生了付立叶光学和非线性光学。付立叶光学：将数学中的付立叶变换和通讯中的线性系统理论引入光学。,要求：,1、看教材和参考书，培养自学能力。2、作业要认真做，讲究格式，字迹工整，按时交送，作业分占20%，一学期缺5次以上取消考试资格。3、不迟到、早退，有事请假，无事不旷课。教材说明：按大纲要求，附录原则上不讲，带“*”号不讲。,光的干涉,第一章,一、光的电磁理论,按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场会产生变化的磁场，这个变化的磁场又产生变化的电场，这样变化的电场和变化的磁场不断地相互激发并由近及远地传播形成电磁波。,平面简谐电磁波,1-1光的电磁理论,特点,1、任一给定点上的E和H同时存在，同频率、同相位并以同一速度传播；,2、E和H相互垂直，并且都与传播方向垂直，E、H、u三者满足右螺旋关系，E、H各在自己的振动面内振动，具有偏振性,3、在空间任一点处,4、电磁波的传播速度决定于介质的介电常量和磁导率，为,在真空中u=,5、电磁波的能量,光是电磁波，把电磁波按波长或频率的次序排列成谱，称为电磁波谱。可见光是一种波长很短的电磁波，其波长范围为400nm760nm频率范围为7.51014Hz3.91014Hz，它是能引起视觉的电磁波。在真空中，光的不同波长范围与人眼不同颜色感觉之间的对应关系如下,红760nm630nm橙630nm590nm黄590nm570nm绿570nm500nm青500nm460nm蓝460nm430nm紫430nm400nm,光在不同媒质中传播时，频率不变，波长和传播速度变小。,折射率,二、光是电磁波,光波是电磁波。光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用）的是A矢量，称为光矢量。A矢量的振动称为光振动。,3、光强,光强：在光学中，通常把平均能流密度称为光强，用I表示。,机械波的独立性和叠加性,发生干涉的条件：1、频率相同2、观察时间内波动不中断3、相遇出振动方向几乎在同一直线上干涉现行的特性：,1.1.5相干与不相干叠加,矢量合成方法,一、光源,1-2光源光的相干性,光源的最基本发光单元是分子、原子,普通光源：自发辐射,1、光源的发光机理,二、光的相干性,两频率相同，光矢量方向相同的光源在p点相遇,1、非相干叠加,独立光源的两束光或同一光源的不同部位所发出的光的位相差“瞬息万变”,叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和，无干涉现象,2、相干叠加,满足相干条件的两束光叠加后,位相差恒定，有干涉现象,若,干涉相长,干涉相消,1-2光程与光程差,干涉现象决定于两束相干光的位相差,两束相干光通过不同的介质时，位相差不能单纯由几何路程差决定。,光在介质中传播几何路程为r，相应的位相变化为,光程差,若两相干光源不是同位相的,两相干光源同位相，干涉条件,光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程,即：光程这个概念可将光在介质中走过的路程，折算为光在真空中的路程,杨氏干涉条纹,Dd,波程差：,干涉加强明纹位置,干涉减弱暗纹位置,(1)明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧。,干涉条纹特点：,(2)相邻明条纹和相邻暗条纹等间距，与干涉级k无关。,两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。,若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。,方法一：,方法二：,(3)D,d一定时，由条纹间距可算出单色光的波长。,二、其他分波阵面干涉装置,1、菲涅耳双面镜,虚光源、,平行于,明条纹中心的位置,屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕上明暗条纹中心对O点的偏离x为：,暗条纹中心的位置,2洛埃镜,当屏幕E移至E处，从S1和S2到L点的光程差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射时有半波损失存在。,问：原来的零级条纹移至何处？若移至原来的第k级明条纹处，其厚度h为多少？,例：已知：S2缝上覆盖的介质厚度为h，折射率为n，设入射光的波长为.,解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差,当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：,所以零级明条纹下移,原来k级明条纹位置满足：,设有介质时零级明条纹移到原来第k级处，它必须同时满足：,利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和折射，可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。,一、薄膜干涉,扩展光源照射下的薄膜干涉,在一均匀透明介质n1中放入上下表面平行,厚度为e的均匀介质n2(n1)，用扩展光源照射薄膜，其反射和透射光如图所示,1-7薄膜干涉,光线a2与光线a1的光程差为：,由折射定律和几何关系可得出：,干涉条件,额外程差的确定,n1n3(或n1n2n2n3(或n1n2n3)不存在额外程差,对同样的入射光来说，当反射方向干涉加强时，在透射方向就干涉减弱。,二、增透膜和增反膜,增透膜-利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。,增反膜-利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。,问：若反射光相消干涉的条件中取k=1，膜的厚度为多少？此增透膜在可见光范围内有没有增反？,例已知用波长，照相机镜头n3=1.5，其上涂一层n2=1.38的氟化镁增透膜，光线垂直入射。,解：因为，所以反射光经历两次半波损失。反射光相干相消的条件是：,代入k和n2求得：,此膜对反射光相干相长的条件：,可见光波长范围400700nm,波长412.5nm的可见光有增反。,问：若反射光相消干涉的条件中取k=1，膜的厚度为多少？此增透膜在可见光范围内有没有增反？,d增大，条纹内陷还是外涌？干涉圆环内部级次是高还是低？,等厚干涉条件,2）,2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差,3）条纹间距（明纹或暗纹）,在入射单色光一定时，劈尖的楔角愈小，则b愈大，干涉条纹愈疏；愈大，则b愈小，干涉条纹愈密。,当用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹。,3）检验光学元件表面的平整度,4）测细丝的直径,单色光源,反射镜,反射镜,1-9迈克耳逊干涉仪,光程差,反射镜,反射镜,单色光源,迈克尔孙干涉仪的主要特性,两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.,移动反射镜,干涉条纹的移动,当与之间距离变大时，圆形干涉条纹从中心一个个长出,并向外扩张,干涉条纹变密;距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀.,插入介质片后光程差,光程差变化,介质片厚度,光程差,一、迈克耳逊干涉仪,光束2和1发生干涉,若M1、M2平行等倾条纹,若M1、M2有小夹角等厚条纹,若条纹为等厚条纹，M1平移d时，干涉条移过N条，则有：,解,解：设空气的折射率为n,相邻条纹或说条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个波长，当观察到107.2条移过时，光程差的改变量满足：,迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数。精度高。,光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象。,光的衍射,第二章,一光的衍射现象,二惠更斯菲涅尔原理,：波阵面上面元(子波波源),菲涅尔指出衍射图中的强度分布是因为衍射时，波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定.点振动是各子波在此产生的振动的叠加.,子波在点引起的振动振幅并与有关.,：时刻波阵面,*,三菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射,衍射的分类,菲涅耳衍射,夫琅禾费衍射,光源障碍物接收屏距离为有限远。,光源障碍物接收屏距离为无限远。,衍射系统由光源、衍射屏、接收屏组成。,C-比例常数,K()-倾斜因子,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：,复习,结论：分成偶数半波带为暗纹。分成奇数半波带为明纹。,正、负号表示衍射条纹对称分布于中央明纹的两侧,对于任意衍射角，单缝不能分成整数个半波带，在屏幕上光强介于最明与最暗之间。,讨论,1.光强分布,当角增加时，半波带数增加，未被抵消的半波带面积减少，所以光强变小；,另外，当：,当增加时,为什么光强的极大值迅速衰减？,中央两侧第一暗条纹之间的区域，称做零极（或中央）明条纹，它满足条件：,2.中央亮纹宽度,2.3夫琅禾费单缝衍射,1.实验装置,（衍射角：向上为正，向下为负.）,菲涅尔波带法,1、当BC等于半波长的奇数倍时，单缝处的波阵面可分为奇数个半波带；2、当BC等于半波长的偶数倍时，单缝处的波阵面可分为偶数个半波带。,为什么要分成半波带呢？由于各个波带在P点的振幅近似相等，而相邻两带对应点上发出的光线的光程差总是半个/2，即位相差是，结果任何两相邻波带所发出的光在P点完全相互抵消。,暗条纹中心：,明条纹中心（近似）：,中央条纹中心：,当平行光垂直于单缝平面入射时，单缝衍射形成的明、暗条纹的位置用衍射角表示，由下式决定：,干涉相消（暗纹）,干涉加强（明纹）,（介于明暗之间）,（个半波带）,中央明纹中心,二光强分布,当较小时，,（1）第一暗纹距中心的距离,第一暗纹的衍射角,一定，越大，越大，衍射效应越明显.,光直线传播,增大，减小,一定,减小，增大,衍射最大,第一暗纹的衍射角,角范围,线范围,（2）中央明纹,（的两暗纹间）,单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？,越大，越大，衍射效应越明显.,入射波长变化，衍射效应如何变化?,（3）条纹宽度（相邻条纹间距）,（5）入射光非垂直入射时光程差的计算,（中央明纹向下移动）,（中央明纹向上移动）,例1设有一单色平面波斜射到宽度为的单缝上（如图），求各级暗纹的衍射角.,解,由暗纹条件,例2如图，一雷达位于路边15m处，它的射束与公路成角.假如发射天线的输出口宽度，发射的微波波长是18mm，则在它监视范围内的公路长度大约是多少？,解将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝，衍射波能量主要集中在中央明纹范围内.,根据暗纹条件,二、光栅的衍射规律,光栅每个缝形成各自的单缝衍射图样。,光栅衍射条纹是单缝衍射与多缝干涉的总效果。,光栅缝与缝之间形成的多缝干涉图样。,1、光栅公式,任意相邻两缝对应点在衍射角为方向的两衍射光到达P点的光程差为(a+b)sin,光栅公式,光栅衍射明条纹位置满足：(a+b)sin=kk=0,1,2,3,2、暗纹条件,暗条纹是由各缝射出的衍射光因干涉相消形成的。,在两个相邻主极大之间，分布着N-1条暗条纹和N-2条次级明条纹。,4、缺级现象,asin=k,k=0,1,2,缺极时衍射角同时满足：,(a+b)sin=k,k=0,1,2,即：k=(a+b)/ak,k就是所缺的级次,缺级由于单缝衍射的影响，在应该出现亮纹的地方，不再出现亮纹,缝间光束干涉极大条件,单缝衍射极小条件,白光投射在光栅上，在屏上除零级主极大明条纹由各种波长混合仍为白光外，其两侧将形成由紫到红对称排列的彩色光带，即光栅光谱。,三、光栅光谱,例、波长为6000的单色光垂直入射在一光栅上，第二级明纹出现在sin2=0.2处，第4级为第一个缺级。求(1)光栅上相邻两缝的距离是多少？(2)狭缝可能的最小宽度是多少？(2)狭缝可能的最小宽度是多少？(3)按上述选定的a、b值，实际上能观察到的全部明纹数是多少？,解:(1),在-900sin0，会聚作用,Dn,F,nn,B.焦距公式,从,s=时,同理：,第一主焦距(firstfocallength)或物方主焦距：,物方焦点,第二主焦距(secondfocallength)或像方主焦距:,像方焦点,f、f、D之间的关系:,nno,负晶体:ne69,全反射.,例题.,两尼科耳棱镜的主截面间的夹角由30转到45.(1)当入射光是自然光时,求转动前后透射光的强度之比;(2)当入射光是线偏振光时,求转动前后透射光的强度之比.,(1)入射光为自然光夹角为,30时,夹角为45时,所以,(2)入射光为线偏振光,夹角为30时,解:尼科耳棱镜出射为振动面在主截面内的线偏振光.主截面即偏振化方向.,例题.,夹角为45时,所以,二、渥拉斯顿棱镜：将两个直角的方解石棱镜沿斜边胶合起来。,A,B,光在第一棱镜中不分开，但光线垂直于光轴，因而两束光传播速度不同。第二棱镜的光轴垂直于第一棱镜，所以第一棱镜中的E光为第二棱镜中的O光，由于none,相当于光由光疏介质入射光密介质，折射线近法线；而第一棱镜的O光为第二棱镜中的e光，相当于光由光密介质入射光疏介质，折射线远离法线如图所示。,三、波晶片一块表面平行的单轴晶体，其光轴与晶体表面平行时，垂直入射的o光和e光沿同一方面传播，我们把这样的晶体叫波晶片。光在真空中波长,当两束光射出晶体面，1、四分之一波片(1)定义：能使o光和e光的光程差等于的晶片称四分之一波片(2)四分之一波片的厚度正晶体(3)作用：产生附加位相差，平面偏振光经1/4波片后，出射光是正椭圆偏振光,讨论：（1）四分之一波片的厚度是波长的函数方解面，对于黄光，对于蓝光（2）四分之一波片很薄，制造困难若，即，椭圆形状不变，因此通常使o光和e光的光程差等于的奇数倍的晶片称四分之一波片，厚度：,2、半波片能使o光和e光的光程差等于奇数倍的晶片，称半波片，其厚度平面偏振光垂直入射到半波片而透射后，仍为平面偏振光。如果入射时振动面和晶体主截面之间的夹角为，则透射光仍为平面偏振光，振动面从原来的方位转动2角。,5-7椭圆偏振光和圆偏振光,在光的传播方向上，任意一个场点电矢量既改变它的大小，又以角速度（即光波的圆频率）均匀转动它的方向；或者说电矢量的端点在波面内描绘出一个椭圆，称椭圆偏振光；圆偏振光，补充：相互垂直的同频率的谐振动的合成一个质点同时参与两个相互垂直的，频率相同的，有固定位相差的机械振动，质点沿椭圆轨道运动。,消去t令是椭圆方程,一、椭圆偏振光和圆偏振光的描述椭圆偏振光可用两列频率相同，振动方向相互垂直，位相差恒定，且沿同一方向传播的平面偏振光的迭加得到，在光波沿Z方向传播的情况下合成波表达式消去(t-kz),y轴的振动超前x轴振动的位相上式为椭圆方程，光矢量末端轨迹描出一个椭圆=0，,仍为平面偏振光正椭圆偏振光平面偏振光通过1/4波片后，出射光为正椭圆偏振光平面偏振光通过1/2波片面，出射光仍为平面偏振光振动面旋转2当我们迎着光的传播方向观察时，第一个场点的电矢量端点描出的椭圆沿顺时针方向旋转，我们称之为右旋椭圆偏振光。,，右椭圆偏振光，左（同一点，不同时刻）指出：在光的传播方向z上，各点的电矢量的位相是随z的增加而逐点落后的。因此同一时刻沿z方向场中各点电矢量的相对取向与传播方向之间，在右椭圆偏振光中，正好构成右手螺旋；（同一时刻，不同点）圆偏振光，（）若，时，5-22变成圆方程，此时，光矢量端点描出一个圆。式中第一项取“-”号，表示右旋圆偏振光式中第二项取“+”号，表示左旋圆偏振光,二、椭圆偏振光和圆偏振光的产生平面偏振光垂直入射到晶体表面，（晶体光轴与表面平行），则在晶体中，o光和e光频率相同，振动面互相垂直，沿同一方向传播。位相差：进入晶体r深处，光程差位相差r一定，恒定，产生椭圆偏振光o光和e光振幅平面偏振光的振动面与晶体主截面夹角则，一定，r一定，椭圆长短取向及椭圆形状一定,讨论：1与r有关，在晶体内不同深处，合成后椭圆偏振光长短轴取向不同。2晶体厚度为l，光射出晶体，是确定值，因此椭圆偏振光在晶体外传播有确定形状。3，且Ao=Ae，圆偏振光三、自然光改造成椭圆偏振光或圆偏振光。自然光直接入射到波晶片上，出射后，不能得到椭圆偏振光。自然光先通过偏振器产生平面偏振光，再垂直入射到波晶片上，可以产生椭圆偏振光。通常把一个恰当取向的起偏器和一块波晶片的串联组合叫椭圆偏振器。起偏器的透振方向与四分之一波片的光轴成45角，圆偏振光。,5-8偏振态的实验检定,一、波晶片对偏振态的改变（偏振态决定于）波晶片椭圆偏振光通过波晶片时，由于产生附加位相差，偏振态改变。首先将入射的椭圆偏振光分解为o光和e光，得出各自的振幅Ao和Ae及两者位相差，表示e光对o光位相超前量。入射光通过波晶片时，出现附加位相关，依据、判断偏振态用波片将线偏振光变成圆偏振光或正椭圆偏振光。,用1/4波片将线偏振光变成圆偏振光或正椭圆偏振光。，用片可使线偏振光的振动方向转过2，出射光为平面偏振光例1入射光为附图所示的正椭圆偏振光，长半轴与短半轴分别为和，求它通过负晶体制成的片或片后的偏振态。解：对正椭圆偏振光，e光位相超前，即，e光振幅和o光振幅分别为，,（1）负晶体制成的片产生附加位相差，则。故光射光为在二、四象限振动的平面偏振光（2）负晶体制成的片产生附加位相差，则，所以出射光为左旋正椭圆偏振光。,二、五种光的鉴定（五种光：自然光、完全偏振光、部分偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光）1、用一个偏振片即可将光分为三类，并鉴别出完全偏振光光强不变圆偏振光、自然光明暗变化，无消光部分偏振光、椭圆偏振光明暗变化，有消光完全偏振光。2、让圆偏振光和自然光分别先通过片，再通过偏振片，转动偏振片，若出现消光现象为圆偏振光（），否则为自然光。3、让入射光先后通过片，补偿器，人造偏振片，转动人造偏振片，出现消光现象。（）为椭圆偏振光，否则为部分偏振光。,三、补偿器1、为什么要使用补偿器？上述检验椭圆偏振光的实验中，若不用补偿器，必须事先知道片的光轴方向，而且在实验过程中，必须使的光轴精确地平行于椭圆的主轴（），这是很难办到的。为了克服这些困难，比较好的方法是采用补偿器。因为任何位置的椭圆可认为是由两个互相垂直的振动在位相差的情况下合成的。要使这种椭圆偏振光变成平面偏振光，则应另行设法引进可以任意变更的位相差作为补偿，目的是使与，的总和等于o或。,2、巴俾涅补偿器由两块光轴互相垂直的楔形石英组成，上楔中o光进入下楔，变为e光；分别是光在上楔和下楔通过厚度缺点：必须用极窄的光束。对于宽光束，互补偿器不同位置，位相差不同。3、索列尔补偿器上楔可以左、右移动，从而改变d1厚度，可以用宽光束。,5-7偏振光的干涉,一、观察偏振光干涉的装置与实验结果1、实验装置2、实验结果1以单色光入射时，若波晶片厚度均匀，观察屏上得到一个光强均匀分布的光斑，转动任一器件，均可使光强发生变化；若将波晶片制成光劈状，并在P2和屏之间置一透镜，屏上出现等厚干涉条纹。2以白光入射时，对于厚度均匀的波晶片，屏上出现某种颜色的光斑，转动任一器件，光斑颜色发生变化；使用光劈状晶片，则出现彩色条纹。,二、平面偏振光干涉的强度分布从P2出射的两束光A2e、A2o位相联系刚进入波晶片时，e光对o光位相的超前量为，（若在二、四象限，）o光和e光穿过波晶片产生附加位相差，在P2上投影时位相差，若同方向，；若方向相反，,投影到P2上的两个光振动在一条直线上，满足相干条件：（两个同方向，同频率谐振动合成）由此知，有关,三、单色偏振光干涉中的两个特殊情况1、P1和P2正交以上关系代入（1）（2）（3）,2、P1和P2平行当（5）对于给定波晶片，I11为极大时，I为极小,四、显色偏振1、什么叫显色偏振偏振光干涉时出现彩色的现象，叫显色偏振2、解释：对各种波长的光，差别极小，d一定，决定于3、互补色由知，两尼科耳平行时，某些波长加强到什么程度，两尼科耳正交时，这些波长的光就减弱到什么程度，白光照射，平行时出现的彩色与垂直时出现的彩色混合为白色。任何两种彩色如果混合起来为白色，则这两种色互为互补色。I的颜色就是I11的互补色。4、显色偏振的应用1鉴定物质的双折射性2寻找互补色,谢谢！,第七章光的量子性,教学基本要求：1、概括叙述量子论的早期发展过程。介绍热辐射及普朗克量子假说。2、阐明光电效应及其引出光子概念的实验和分析过程。3、介绍康普顿实验，扼要分析光的波粒二象性的物理思想及其重要意义。,7-1热辐射普朗克的量子假设,经典物理及其困难,牛顿力学（包括分析力学）麦克斯韦电磁场理论光的波动性理论热力学统计物理,十九世纪末,比较完善,十九世纪末物理学晴朗天空中的两朵乌云,黑体辐射的紫外灾难迈克尔孙实验的零结果Maxwell-equ在Galileo变换下对称破缺,一、热辐射及特点,1、热辐射：由于物体中分子、原子受到热激发而发射电磁波辐射的现象。辐射的电磁波能量按波长的分布随温度而不同。2、特点：物体逐渐加热，温度升高，物体颜色由暗淡变红变黄变白、青白。物体辐射能量升高。物体既向外辐射能量，同时也吸收能量。辐射与吸收平衡，物体温度不变化而处于热平衡，称为平衡热辐射。,二、热辐射的描述,总辐射度：物体从单位面积上发射的所有各种波长的辐射总功率。,单色辐出度：物体从单位面积上发射的，波长介于和+d之间的辐射功率dM与d之比。,黑体模型,绝对黑体：如果任一物体，在任何温度下对任何波长的辐射能的吸收系数都等于1，那么该物体称为绝对黑体。,三、黑体辐射的实验定律,斯忒藩-玻尔兹曼定律：,物体的辐出度与温度的四次方成正比。,斯忒藩常数：,维恩位移定律：,能谱分布曲线的峰值对应的波长m与温度T的乘积为一常数。,说明：上述两条定律均可由热力学理论导出。热辐射的量值随着温度升高而迅速增加。热辐射峰值波长随温度增加而向短波方向移动。可以解释热辐射现象：T升高，颜色由暗淡向青白变化。现代科学技术应用很广：如测温度，遥感，红外追踪等。测量行星表面温度。,黑体辐射实验规律的解释,Rayleigh-JeanusFormula,WienFormula,说明：R-J公式在长波段与实验符合较好，但在短波段（紫外区）出现发散，称为“紫外灾难”。Wien公式在短波段与实验符合较好，但在长波段与实验不符合。,经典理论的基本观点：,（1）电磁辐射来源于带电粒子的振动，电磁波的频率与振动频率相同。,（2）振子辐射的电磁波含有各种波长，是连续的，辐射能量也是连续的。,（3）温度升高，振子振动加强，辐射能增大。,四、普朗克的量子假设：,对于频率为的振子，振子辐射的能量不是连续的，而是分立的，它的取值是某一最小能量h的整数倍。,其中：c是光速，k是波尔兹曼常数，e是自然对数，h是普朗克常数。h=6.63x10-34Js,例:将星体看作绝对黑体,可用维恩位移定律估算其表面温度,如已知太阳辐射时,m=0.55m,试求太阳的表面温度及一年的质量损失,单位太阳表面积在1秒钟辐射能量为,太阳表面1秒钟辐射的总能量为,相应的质量亏损为,太阳总质量21027kg,例:（1）温度为20的物体，它的辐射能中辐出度的峰值所对应的波长是多少？（2）若使一物体单色辐出度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内，其温度应为多少？（3）上两小题中，总辐射能的比率为多少？,解：,（1）,（2）取=6500A,（3）,一、光电效应：（ThePhotoelectricEffect）当一束光照射在金属表面上时，金属表面有电子逸出的现象。,7-2光电效应爱因斯坦的量子解释,实验一：,入射光强度和频率不变,I,U,0,IH,1、增加电压U，光电流随之增加，直至饱和。,3、当反向电压U=U0时,光电流I=0。,截止电压：光电子刚好不能到达A极时所加的反向电压值U0。遏止电势差与入射光频