波動光學(xué)光學(xué)概述一.光的機(jī)械微粒學(xué)說(17世紀(jì)--18世紀(jì)末)代表：牛頓對立面：惠更斯--波動說分歧的焦點：光在水中的速度1850年傅科〔Foucauld〕測定微粒說開始瓦解二.光的機(jī)械波動說〔19世紀(jì)初--后半世紀(jì)〕英國人托馬斯.楊(T.Young)和法國人菲涅爾()通過干預(yù)、衍射、偏振等實驗證明了光的波動性及光的橫波性。性質(zhì)：彈性機(jī)械波，在機(jī)械以太中傳播。2三.光的電磁說〔19世紀(jì)的后半期---〕19世紀(jì)后半期Maxwell建立電磁理論，提出了光的電磁性，1887年赫茲用實驗證實。性質(zhì)：電磁波在電磁以太中傳播。四.光的量子說〔20世紀(jì)初---〕電磁波動說在解釋“熱幅射實驗〞及“光電效應(yīng)〞等實驗遇到困難。1900年普朗克提出了“熱幅射量子理論〞，愛因斯坦提出了光子理論，將光看成一束粒子流與電磁波動說相抗衡。二者各自統(tǒng)治著自已的領(lǐng)域。31924年法國人德布羅意〔De.Broglie)大膽提出了“物質(zhì)波〞的概念，此后薛定諤、海森伯等人創(chuàng)立了量子力學(xué)，又將二者統(tǒng)一起來。光是一個復(fù)雜的客體，它的本性只能通過它的表現(xiàn)來確定。它的某些方面象波而另一方面象微?！膊６笮浴场５炔皇墙?jīng)典的波，也不是經(jīng)典的微粒，也不是二者的混合體。4▲量子光學(xué)：以光的量子理論為根底，研究光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律。 光學(xué)通常分為以下三局部：▲幾何光學(xué)：以光的直線傳播規(guī)律為根底，主要研究各種成象光學(xué)儀器的理論。▲波動光學(xué)：以光的電磁性質(zhì)為根底,研究光的傳播規(guī)律，主要是干預(yù)、衍射、偏振。波動光學(xué)對光的描述光是電磁波可見光波長與物質(zhì)相互作用（感光、生理作用）的主要是

矢量-光矢量。

矢量的振動稱為光振動。振動方程：波動方程：1.光源〔lightsource〕光源的最根本發(fā)光單元是分子、原子。

=(E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射波列波列長L=

c

§3.1光源的相干性(2).激光光源：受激輻射

=(E2-E1)/hE1

完全一樣

E2(1).普通光源：自發(fā)輻射··獨立〔同一原子先后發(fā)的光〕獨立〔不同原子發(fā)的光〕〔傳播方向，頻率，相位，振動方向〕2.

光的單色性例:普通單色光

:10-2

100

?激光：10-8

10-5

?可見光

103?3.

光的相干性相干光：滿足相干條件的幾束光相干條件：振動方向相同，頻率相同,有恒定的相位差相干光相遇時合成光的振動：p12r1r2P點:振幅：

1

2

E0E10E20P點光強(qiáng)：相位差：干涉項

非相干光源：I=I1

+I2—非相干疊加

4.光程、光程差

媒質(zhì)中··abndλn媒質(zhì)

n─媒質(zhì)中波長光程:(光波在某一媒質(zhì)中所經(jīng)歷的路程d與這媒質(zhì)的折射率n的乘積)

─真空中波長將光在介質(zhì)中通過的路程按照相位變化相同折合到真空中的路程…………n1n2nmd1d2dm

光程差：

光程：PA.如果同頻率兩束光，在不同媒質(zhì)中經(jīng)過相等的光程。幾何路程等否？不等經(jīng)過時間等否？相位變化等否？等等B.透鏡的等光程性〔透鏡不產(chǎn)生附加光程差〕討論：問：亮點亮點說明：從與光線垂直的面到焦點，各光線等光程。5.相位差和光程差的關(guān)系：6.干預(yù)的條件▲相長干預(yù)〔明條紋〕(同一束光)▲相消干預(yù)〔暗條紋〕光程：光程差：干預(yù)結(jié)果：明紋暗紋19I0

2

-2

4

-4

4I1襯比度差(V<1)襯比度好(V=1)振幅比，▲決定襯比度的因素：光源的寬度光源的單色性，IImaxImin0

2

-2

4

-4

干預(yù)條紋可反映光的全部信息〔強(qiáng)度，相位〕。7.條紋襯比度〔比照度，反襯度〕〔contrast〕當(dāng)光從光疏媒質(zhì)〔折射率較小〕入射到光密媒質(zhì)〔折射率較大〕再反射回光疏媒質(zhì)時，在反射點，反射光損失半個波長?！沧鞴獬滩钣嬎銜r，在原有光程差的根底上加或減半波長〕〔作位相差計算時，在原有相位差的根底上加或減〕8.半波損失：9.普通光源獲得相干光的途徑pS

*·p薄膜S*分波陣面法分振幅法

相干光的獲得分波陣面法分振幅法薄膜干涉楊氏雙縫干涉雙棱（面）鏡干涉洛埃鏡干涉等傾干涉等厚干涉邁克爾遜干涉儀牛頓環(huán)劈尖干涉增透膜增反膜實例：22中央明紋一級暗紋一級暗紋一級明紋一級明紋二級暗紋二級暗紋〔分波陣面干預(yù)〕1雙縫干預(yù)平面波球面波§2雙縫干預(yù)p·r1

r2

xx0xI

xxDdo單色平行光入射d>>λ，D>>d(d

10-4m,D

m)中央明紋一級暗紋一級暗紋一級明紋一級明紋二級暗紋二級暗紋平面波球面波白光入射的楊氏雙縫干涉照片紅光入射的楊氏雙縫干涉照片2.光強(qiáng)公式假設(shè)I1=I2=I0，那么光強(qiáng)曲線k012-1-2I0

2

-2

4

-4

4I0sin

0

/d-

/d-2

/d2

/dx0x1x2k級明紋位置：k級暗紋位置:楊氏雙縫干預(yù)〔分波陣面法〕光程差：228討論〔1〕屏上相鄰明條紋或相鄰暗條紋間距為

一系列平行等間距的明暗相間的條紋當(dāng)，條紋不易被分辨。假設(shè)，可測波長〔2〕條紋的強(qiáng)度分布k012-1-2I0

2

-2

4

-4

4I0x0x1x229

當(dāng)用白光作為光源時，在零級白色中央條紋兩邊對稱地排列著幾條彩色條紋(3)條紋間距正比于光波波長I白光照射彩色譜帶303.干預(yù)問題分析的要點：〔1〕搞清發(fā)生干預(yù)的光束；〔2〕計算波程差〔光程差〕；〔4〕求出光強(qiáng)公式、畫出光強(qiáng)曲線?！?〕搞清條紋特點：形狀、位置、級次分布、條紋移動等；4.其他分波面干預(yù)實驗要求明確以下問題：1.如何獲得的相干光；2.明、暗紋條件；3.干預(yù)條紋特點：形狀、間距、級次位置分布；32例1用白光光源進(jìn)行雙縫實驗，假設(shè)用一個純紅色的濾光片遮蓋一條縫，用一個純藍(lán)色的濾光片遮蓋另一條縫，那么：〔A〕干預(yù)條紋的寬度將發(fā)生改變〔B〕產(chǎn)生紅色和藍(lán)色的兩套彩色干預(yù)條紋〔C〕干預(yù)條紋的亮度將發(fā)生改變〔D〕不產(chǎn)生干預(yù)條紋選〔D〕〔波長不同的光不是相干光〕例2在雙縫干預(yù)實驗中，設(shè)縫是水平的，假設(shè)雙縫所在的平板稍微向下平移，其它條件不變，那么屏上的干預(yù)條紋〔A〕向下平移，且間距不變〔B〕向上平移，且間距不變〔C〕不移動，但間距改變〔D〕向上平移，且間距改變

（S1與S2相對S不對稱，上短下長；零極明紋下移。但間距與此無關(guān)）選〔A〕例3〔〕如下圖，用波長為的單色光照射雙縫干預(yù)實驗裝置，假設(shè)將一折射率為，劈角為的透明劈尖b插入光線2中那么當(dāng)劈尖b緩慢地向上移動時〔只遮住S2〕，屏C上的干預(yù)條紋〔A〕間隔變大，向下移動〔B〕間隔變小，向上移動〔C〕間隔不變，向下移動〔D〕間隔不變，向上移動選〔C〕例4〔〕如下圖，S1和S2為兩個同向的相干點光源，從S1和S2到觀察點P的距離相等，即：S1P=S2P，相干光束1和2分別穿過折射率為n1和n2，厚度皆為t的透明薄片，它們的光程差等于多少？p例5用雙縫干預(yù)實驗測某液體的折射率，光源為單色光，觀察到在空氣中的第三級明紋正好與液體中的第四級明紋重合。求：折射率

解：

空氣中雙縫干預(yù)條紋第三級明紋位置液體中雙縫干預(yù)條紋第四級明紋位置該問題反映了楊氏雙縫干預(yù)實驗的應(yīng)用。38厚度均勻薄膜在無窮遠(yuǎn)處的等傾條紋?！?.6薄膜干預(yù)〔filminterference〕——等厚條紋〔equalthicknessfringes〕▲薄膜干預(yù)是分振幅干預(yù)?！粘Ｖ幸姷降谋∧じ深A(yù)：肥皂泡上的彩色、雨天地上油膜的彩色、昆蟲翅膀的彩色…?！楹我?？─光的相干長度所限。膜的薄、厚是相對的，與光的單色性好壞有關(guān)?！毡榈赜懻摫∧じ深A(yù)是個極為復(fù)雜的問題。實際意義最大的是厚度不均勻薄膜外表的等厚條紋和〔分振幅干預(yù)〕39光程差+可能有的半波損失

E薄膜干預(yù)

干預(yù)結(jié)果明紋：

注意：此處k等于幾，代表第幾級明紋，這

種情況也表示第幾條明紋。

注意：k=0是零級明紋，也是第一條明紋，

k代表該明紋是第k級明紋，這種情況

也表示第k+1條明紋。暗紋：

k值的取定原則：取值范圍要滿足方程，要使方程有意義。k等于幾，一定代表第幾級明（暗）紋，但不一定代表第幾條明（暗）紋光垂直入射到均勻厚度的膜上特殊情況：加強(qiáng)減弱滿足加強(qiáng)條件則反射光干涉加強(qiáng)一片亮。滿足減弱條件則反射光干涉減弱一片暗。例：在折射率的玻璃上，鍍上