波动光学课件1

光學的分類：（1）幾何光學：以光的直線傳播為基礎，研究在透明介質中的傳播問題。包括：直線傳播定律、反射折射定律。①波動光學：以光的波動性為基礎，研究光的干涉、衍射、偏振。即：研究光的波動性。②量子光學：以光和物質的相互作用所顯示的粒子性為基礎。（2）物理光學：光是一種電磁波平面電磁波方程真空中的光速可見光的範圍

光向量用向量表示光向量,它在引起人眼視覺和底片感光上起主要作用.4.1描述光的基本概念4.1.1光源、光源的發光特點光源：可以發光的物體。其分類：（1）按發光機制可分為：普通光源、激光光源。（2）按能量激發方式可分為：熱光源、冷光源。（3）按相干性可分為：複色光源、單色光源。（4）按形狀可分為：點光源、面光源等。4.1.2光強與光的單色性光強：光的強度指單位面積上獲得的平均光功率。由坡印廷向量S確定即：波的平均能流密度。1.（1）單色光：具有單一頻率的光。一般認為：光的單色性與複色性2.ÅÅÅ單色性較差單色性較好單色性極好I

I0/2I0∆

對應的稱為波長寬度∆結論:絕對的單色光是不存在的!（2）複色光：由各種不同頻率的光復合而成的光。例如：白光既是由七種顏色的光復合而成。紅光紫光波長：76004000ÅÅ頻率：=C/

增加在同一介質中：n增加（3）獲得單色光的方法色散：濾波片：4.1.3光的相干性設空間有兩個同頻的單色光源S1和S2它們發出的光相交於空間一點P。S1S2r1r2P

1,2為初位相，c/n為介質中的光速其中：如果兩光向量的方向相同，則在P點的合成光向量的值為：當兩光束有恆定的位相差時合光強為：其大小將由位相差決定,出現有些點加強有些點減弱的現象,這種現象稱為光的干涉。若兩束光頻率相同、光向量方向相同、位相差恒定或位相相同，這兩束光在空間相遇時將產生干涉現象，稱為相干光，滿足此條件的光源稱為相干光源。4.1.4光程與光程差對某一單色光，其頻率一定。在折射率為n

的介質中光的波長為：因此在折射率為n

的介質中光波傳播x在位相上（時間上）相當於在真空中傳播nx

的距離。我們就把nx

稱為在這種介質中的光程。相當於將光的傳播都折算為真空中的傳播。（2）光程差：例如：如圖所示，求：A、B兩點間的位相差n1n2ABd1d2兩束相干光在相遇點的位相差為：上式中，nr2-nr1表示兩相干光源到相遇點的光程的差值，稱為光程差。透鏡不引起附加的光程差：MSNABPQBSS’MNAPQPSnxd4.1.5獲得相干光的方法來自兩個獨立光源的光和來自同一個光源的不同部分的光，不滿足相干光的條件。而將光源發出的一束光分解為兩束，在經過不同的光程後相遇時，將滿足相干條件，發生干涉現象。分波陣面法：使同一波陣面上的兩點成為新的光源（滿足相干光源的條件）分振幅法：將一束光分解為兩束光（滿足相干光條件）。相干光的產生波陣面分割法*光源振幅分割法英國物理學家，考古學家，醫生。光的波動說的奠基人之一。1773年6月13日生於米爾費頓，曾在倫敦大學、愛丁堡大學和格丁根大學學習，倫敦皇家學會會員，巴黎科學院院士。1829年5月10日在倫敦逝世。

楊自幼天資過人，14歲就通曉拉丁、希臘、法、意、阿拉伯等多種語言。開始時學習醫學，後來酷愛物理學，特別是光學和聲學，一生在物理、化學、生物、醫學、天文、哲學、語言、考古等廣泛的領域做了大量的工作，但在科學史上他以作為物理學家而最著名。楊在行醫時就開始研究感官的知覺作用，1793年寫了第一篇關於視覺的論文，發現了眼睛中晶狀體的聚焦作用,1801年發現眼睛散光的原因，由此進入光學的研究領域。他懷疑光的微粒說的正確性，進行了著名的楊氏雙孔及雙縫干涉實驗，首次引入干涉概念論證了光的波動說，又利用波動說解釋了牛頓環的成因及薄膜的彩色。他第一個測定了7種顏色光的波長。1817年，他得知A.J.菲涅爾和D.F.J.阿拉果關於偏振光的干涉實驗後，提出光是橫波。楊對人眼感知顏色問題做了研究，提出了三原色理論。他首先使用運動物體的“能量”一詞來代替“活力”，描述材料彈性的楊氏模量也是以他的姓氏命名的，他在考古學方面亦有貢獻，曾破譯了古埃及石碑上的文字。4.2.1楊氏雙縫實驗楊T.(ThomasYong

,1773―1829)結果：（1）關於P0對稱的明暗相間的條紋，P0為明紋。（2）用不同單色光照射，明暗條紋的間距不等。且波長減少，條紋間距變窄。（3）若用白光照射，P0為白色，其兩側為對稱的彩色條紋。P0S1S2S裝置：如圖所示。楊氏雙縫干涉實驗明、暗紋條件：由光源S1、S2發出的光到達屏E上的任一點P的光程差為：r2r1S1S2ODdPxx-d/2x+d/2E在空氣中，n=1由相干加強和減弱的條件得由幾何關係：討論條紋間距明暗條紋的位置白光照射時，出現彩色條紋暗紋明紋1）條紋間距與的關係;若變化，則將怎樣變化？一定時，一定時，若變化，則將怎樣變化？1）2）

條紋間距與的關係如何？一定時，楊氏雙縫實驗的缺點：為了保證兩個子波源的相干性，必須要求縫S很窄，這將導致光強減弱，條紋不清；同時還要受衍射的影響。4.2.2其他分波陣面法干涉實驗（1）菲涅耳雙面鏡實驗光欄AM1M2S1S2dlSoB平面鏡M1、M2間的夾角很小，否則條紋太密，干涉現象不明顯。要求：P雙鏡實驗光路圖五勞埃德鏡

半波損失：光從光速較大的介質射向光速較小的介質時反射光的相位較之入射光的相位躍變了，相當於反射光與入射光之間附加了半個波長的波程差，稱為半波損失.PML（1）分析清楚哪兩束光發生干涉；（2）正確計算干涉點處的光程差（注意：當光從折射率小的光疏介質射入折射率大的光密介質時，反射光有半波損失）；（3）計算並討論干涉條紋的空間分佈或分佈的變化。分析干涉問題的基本步驟

例1以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上,雙縫與螢幕的垂直距離為1m.(1)從第一級明紋到同側的第四級明紋的距離為7.5mm,求單色光的波長;(2)若入射光的波長為600nm,求相鄰兩明紋間的距離.解（1）（2）例1、將焦距為f的透鏡切去寬為b=f/1000的中央部分，在將兩半粘合。如圖所示。距透鏡2f處放一波長為

的單色光源，在透鏡的後焦面上放一屏。已知：d>>b，

=5000Å，f=100cm。求：（1）屏上兩相鄰干涉條紋的距離；（2）屏上可能呈現條紋的最大數目。（3）若屏放在2f以外能否發生干涉？db解:（1）如圖所示，在屏上的干涉區域O1O2ffSS1S2O2O1屏b2f（2）如圖，干涉區間O1

O2=b（3）因為兩個相干波源發出的光不能相遇，所以不能發生干涉現象。例2、用n=1.58的薄雲母片