光源、相干光及杨氏干涉

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1、波动光学(WaveOptics)概述：人们对光的认识经历了一个否定之否定过程1、光的机械微粒学说（17世纪-18世纪末）代表：牛顿对立面：惠更斯--波动说分歧的焦点：光在水中的速度1850年佛科（Foucauld）测定微粒说开始瓦解2、光的机械波动说（19世纪初--后半世纪）2、光的机械波动说（19世纪初-后半世纪）英国人杨（T.uoung)和法国人菲涅尔(A.T.Fresnel)通过干涉、衍射、偏振等实验证明了光的波动性及光的横波性。性质：弹性机械波，在机械以太中传播。3、光的电磁说（19世纪的后半期---）19世纪后半期Maxwell建立电磁理论

2、，提出了光的电磁性，1887年赫兹用实验证实。性质：电磁波在电磁以太中传播4、光的量子说（20世纪初---）电磁波动说在解释“热辐射实验”及“光电效应”等实验遇到困难。1900年普朗克提出了“热辐射量子理论”爱因斯坦提出了光子理论，将光看成一束粒子流。与电磁波动说相抗衡。二者各自统治着自己的领域。1924年法国人德布罗意（De.Broglie)大胆地提出了“物质波”的概念，尔后薛定谔、海森伯等人创建了量子力学，又将二者统一起来。光是一个复杂性的客体，它的本性只能通过它所表现的性质来确定，它的某些方面象波而另一方面象微粒（波粒二象性）。但它既不是波，也

3、不是微粒，也不是二者的混合体。但从20世纪50年代起光学的发展仍是“方兴未艾，前途无限”—付里叶光学更新经典光学。出现了“相干光学”、“纤维光学”、“全息光学与全息技术”….它是既年轻又古老的科学。也是现代技术的基础。分类：1、几何光学：研究光的直线传播及光学仪器的制造；2、波动光学：研究光的波动性；3、量子光学：研究光与物质的相互作用。一、光矢量、光强度可见光波长：§21.1光源、光波的叠加（LightSource、SuperpositionofLight）1)人眼对于颜色的感觉是由光波的频率决定的。2）引起眼睛视觉效应和光化学效应的是光波场中的电

4、场。ZXY定义：光矢量：光振动中的电矢量光振动：电矢量周期性的变化。3）人眼及物理仪器检测光的强度是由光的能流密度决定的。定义：光强度二、光源、热光源发光的特点1、光源：发光的物体2、分类：A）普通光源--由自发辐射发出的光。E2E1E3L1L2冷光源：A）普通光源电致发光--电场激发；光致发光--由X射线、放射线、、可见光激发；化学发光--由化学能激发（萤火虫）热光源--由热能激发B）激光光源激光器Laser由受激辐射产生的光E2E13、普通光源发光的特点在同一时间有大批原子发光；（不是全部）就单个原子而言，每个原子都是断断续续发光，每次发

5、光时间极短（~10-8s）且一次只能发出一个有限长具有偏振性的的波列。同一原子先后发出的光及同一瞬间不同原子发出的光的频率、振动方向、初相位、发光的时间均是随机的。Ett结论：一般而言热光源及普通光源发出的光为非相干光。且同一光源上不同点发出的光也是非相干光。若要产生干涉须将非相干光变为相干光。激光光源为相干光源。将非相干光变为相干光的原则是：“同出一源，分之为二”三、光波的叠加讨论同方向、同频率的光的叠加S1S2P设：P点的光强度：P点的合振幅S1S2PP点的光强度：P点的合振幅因原子每次发光时间只有10-8秒，每对光波列叠加的时间极短，而人眼的

6、“响应时间”人只能观察到其光强度的平均值I。S1S2PP点的光强度：人只能观察到其光强度的平均值I。1、非相干叠加不能保持恒定的光波的叠加非相干叠加时的光强度等于叠加的两光波的强度之和。2、相干叠加保持恒定的光波的叠加2、相干叠加保持恒定的光波的叠加r1r2S1S2S纵截面图r1r2S1S2S纵截面图2、相干叠加保持恒定的光波的叠加讨论：若：r1r2S1S2SXI光场中一点r2-r1不同,有的地方光强变为原来的四倍（亮点）,有的地方为零（暗点）--光的干涉现象.不同，则可见：§21.2光程和光程差1、介质中光的速度与波长n真空媒质光在媒质中的速度：光

7、在媒质中的波长光在媒质中传播时波长变短了，为真空中波长的n分之一。结论：这将带来什么问题呢？Sabc设波源初相，则质点a、b、c的相位分别落后：一般而言：当波传播距离r时，r处的质点相位落后与波长有关。若光波分别在真空和介质中传播r1=r2S1S2传到P点的光振动的相位不一样了S1S2r1r2P介质波长不一样！真空真空2、光程若两相干光波在真空中传播S1S2传到P点的光振动的相位差：这时要计算S1S2传到P点的振动的相位差，不但要知道光在真空中的波长，而且要知道光在介质中的波长。r1r2PS1S2介质介质S1S2r1r2P若两相干光波分别在介质“1”

8、和介质“2”中传播S1S2传到P点的光振动的相位差：n1n2只要将几何路程换为折射率乘几何路程即可！介质介质