波动光学讲课课件

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1、波动光学▲几何光学：以光的直线传播规律为基础，▲波动光学：研究光的电磁性质和传播规律，▲量子光学：以光的量子理论为基础，研究各种成象光学仪器的理论。特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用。物质相互作用的规律。研究光与波动光学和量子光学，统称为物理光学光的本性光的电磁理论——波动性：干涉、衍射、偏振光的量子理论——粒子性：黑体辐射、光电效应、康普顿效应光的干涉1光的相干性2双缝干涉3薄膜干涉4迈克尔逊干涉仪2021/10/2光的相干性一、光的电磁理论各色光在真空中的波长光的颜色波长(nm)光的颜色波长(nm)红760

2、－620绿580－490橙620－600蓝－靛490－450黄600－580紫450－400当光经过物质时,物质中的电子受到光波中的电场作用比磁场作用强得多,人们把电场E矢量称为光矢量，E振动称为光振动.2021/10/2沿着z方向传播的单色平面电磁波可以表示为：式中：ω为单色光波的角频率u为单色光波在介质中相位的传播速率折射率为：单色光波在介质中传播时波长为:二、光的单色性单色光——只含单一频率的光复色光——不同频率单色光的混合：白光利用分光镜测量光源的光谱2021/10/2三、光的相干性光强：1.光波的叠加

3、S1S2P式中：干涉项2021/10/22.相干叠加若恒定，则干涉项：(1)干涉加强(2)干涉减弱如果如果2021/10/23.非相干叠加若在时间τ内等概率地分布在0~2π,则干涉项：如果相干条件4.相干条件、相干光源(1)频率相同(2)相位差恒定(3)光矢量振动方向平行2021/10/2四、普通光源发光机制的特点1.光源光波的振源：原子或分子.两大类光源自发辐射受激辐射普通光源激光光源(1)热辐射(2)电致发光(3)光致发光(4)化学发光2021/10/22.普通光源发光的两个特点(1)间歇性：各原子发光是间

4、歇的,平均发光时间约为10-8～10-11s，所发出的是一段长为L=c的光波列.波列波列长L=c(2)随机性:每次发光是随机的，所发出各波列的振动方向和振动初相位都不相同.结论：自发辐射过程所发出的光不是相干光.··独立（同一原子先后发的光）独立（不同原子发的光）2021/10/23.受激辐射和光的放大1917年，爱因斯坦为了导出普朗克黑体辐射公式，从理论上预言了原子发生“受激辐射”的可能性.E2E1诱发光子诱发光子受激辐射光子结论：受激辐射过程所发出的光是相干光.2021/10/24.相干光的获得方法(

5、1)分波前法（分波面干涉法）当从同一个点光源或线光源发出的光波到达某平面时，由该平面(即波前)上分离出两部分.(2)分振幅法（分振幅干涉法）利用透明薄膜的上下两个表面对入射光进行反射，产生的两束反射光.1235.光程在S1后加透明介质薄膜，干涉条纹如何变化？r2r1OPxdS2S11.光程真空中：··rab介质中：··abnr介质—介质中波长—真空中波长为方便计算光经过不同介质时引起的相差，引入光程的概念。光在介质中传播路程r和在真空中传播路程nr引起的相位差相同我们称nr为与介质中路程r相应的光程

6、L光程是光的等效真空路程，光在介质中传播的路程r等效于光在真空中传播的路程nr光通过多种媒质时r1n1r2n2rinirnnn—真空中波长[例]计算图中光通过路程r1和r2在P点的相差。nS1S2r1r2bP·光程差：相位差：典型相位差与光程差：移过条纹数目Δk=-(n-1)b/λ条纹移动距离Δk·Δxr2r1OPxdS2S12、介质对干涉条纹的影响设无介质时，P为k级明纹设有介质时，P变为k’级明纹例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，

7、屏上原来的中央极大所在点，现在为第+5级明纹所占据。假定λ=480nm，且两玻璃片厚度均为b，求b值。解：两缝分别为薄玻璃片遮盖后，两束相干光到达O点处的光程差的改变为由题意3.透镜不会产生附加光程差Facb·ABCFacb·ABCFF、F都是亮点，各光线等光程，在此同相叠加。A、B、C或a、b、c都在同相面上。象点是亮点，各光线等光程Sacb··S2021/10/2双缝干涉一、杨氏双缝实验（分波面法）1.实验装置及现象：2021/10/22.干涉明暗条纹的位置：光程差为：2021/10/2光强极小（明条

8、纹）光强极大（暗条纹）Ik012-1-24I0x0x1x2x-2x-1光强分布干涉明暗条纹位置I02-24-44I1衬比度不好(V<1)衬比度好(V=1)IImaxImin02-24-4实验中应尽量使双缝宽度相等，使得3.条纹衬比度（对比度，反衬度）（contrast）2021/10/2(1)屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为：一系列平行且等间距的明暗相间