大学物理课件：第12章 光学1

1、第十二章: 光 学1、光学的任务： 研究光的性质、传播及它与其他物质作用规律的学科。2、光的本性 光是电磁波，具有波动和粒子的两重性质，称为波粒二象性。粒子性（牛顿微粒说）波动性（惠更斯波动说）反射、折射反射、折射、干涉、衍射波粒二象性3、分类 几何光学、波动光学、量子光学。几何光学： 以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中的传播问题。 （光的直线传播定律；光的独立传播定律；光的折射和反射定律）3、分类 几何光学、波动光学、量子光学。波动光学： 以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律。 （干涉；衍射；偏振）3、分类 几何光学、波动光学、量子光学。量子光学： 以光和物质相互作用时所显示出的粒

2、子性为基础，来研究光的一系列规律。光学一章以前一章所学的波动规律为基础，讨论光的干涉、衍射、偏振12.2 光源 单色光 相干光一、光源发光的物体称为光源。两大类光源：普通光源激光光源1、自发辐射普通光源的发光机理 = (E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列波列长 L = c是波列持续时间。独立（同一原子不同时刻发的光）独立 （不同原子同一时刻发的光）2、特点： 间歇性：每个原子或分子发光都是断断续续的。发出的是一定长度,振动方向一定的光波，称为光波列。 随机性：发出的各光波列彼此毫无联系，振动方向和初相位毫不牵连。 特点：振动方向相同、频率相同.激光光源（受激辐射）E1E2完全一样(频率、

3、位相、 振动方向,传播方向) = (E2-E1)/h热光源： 利用热能激发，为热辐射。 （如白炽灯、弧光灯等）电致发光：由电能直接转换为光能。 （气体放电管、半导体发光二极管）光致发光：由光激发所引起的发光。 （如日光灯）化学发光：由化学反应而引起的发光。 （如萤火虫）普通光源二、单色光具有单一频率的光波称为单色光.普通单色光源：激光：三、相干光相干光：能产生干涉现象的光相干光源：能产生相干光的光源相干条件：频率相同，振动方向相同，有恒定的位相差。两独立普通光源发出的光不可能产生干涉四、相干光的获得方法两个独立的普通光源很难满足相干条件。直到19世纪初，采用特殊装置获得相干光： 分波阵面法和分

4、振幅法。现在， 利用高度相干性的激光作为相干光源。五、光程两列相干波的位相差一般可表示为：如果两束光在两种不同媒质中传播：则位相差为：光程的物理意义 光程是光在媒质中通过的路程折合到同一时间内在真空中通过的相应路程。光程：干涉条纹的一般条件干涉条纹的一般条件： 对光干涉起决定作用的不是这两束光的几何路程之差，而是两者的光程差。结论等光程性平行光经透镜会聚时的等光程性 使用透镜只能改变光波的传播情况，但对物、像间各光线不会引起附加的光程差反射光的相位突变和附加光程差若两界面光线一个由光疏 光密而反射，有附加光程差另一个由光密 光疏而反射，无附加光程差有附加相位差和附加光程差12.3 杨氏双缝干涉

5、 英国医生兼物理学家托马斯.杨（T.Young），在1801年首先成功地进行了光的干涉实验，这是最早从单一光源产生相干光的方法分波阵面法。杨氏双缝干涉图托马斯 杨一般要求：Dd, Dx波阵面分割 相干光故有明纹 暗纹 条纹间距k为条纹级次 （1）平行的明暗相间条纹 （3）中间级次低（4）条纹特点：（2）条纹等间距xI0 x+1x+2x-1x-2例12-1 在杨氏双缝实验中，屏与双缝间的距离 D =1m，用钠光灯作单色光源（ =598.3 nm），问：（1） d =2 mm 和 d =10 mm两种情况下，相邻明纹间距各为多大？（2）如肉眼仅能分辨两条纹的间距为0.15 mm，现用肉眼观察干涉条纹，问双缝的最大间距是多少？解：（1）相邻两明纹间的距离为d =2 mm时， d =10 mm时， （2）如x =0.15 mm，则在这样的条件下，双缝间距必须小于4 mm才能看到干涉条纹。例12-2 一双缝装置的一个缝为折射率 1.40 的薄玻璃片遮盖，另一个缝为折射率 1.70 的薄玻璃片遮盖，在玻璃片插入以后，屏上原来的中央极大所在点，现在为原来的第五级明纹所占据。假定= 480 n