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* 第四篇 波动光学（Wave optics） 几何光学 Geometrical optics 物理光学 Physical optics 波动光学 — 研究光在传播 过程中的干涉、衍射、偏 振等现象和规律。 量子光学(Quantum optics) — 研究光和其它物质发生相互 作用时的现象及规律。 光学 光（Light）：一种重要的自然现象，是主体与客 体联系的桥梁。据研究，人的感官接收到的信息至少 有 90% 来自眼睛。 光学是物理学的一个分支，其发展起源具有悠久 的历史，也是现代物理学研究非常活跃的领域。 光的本性：光的本性问题曾是物理学界争论不休 的问题，直到 1905 年 Albert Einstein 提出光子理 论，争论基本结束。 微粒说（Corpuscular theory of light）：1672 年 Newton提出。 波动说（Undulatory theory of light）：意大利的 哥里马第（Grimadi）是最早的波动说的倡导者； 1687年惠更斯（Hygens）发展了波动说。1801 年托 马斯 ·杨（Thomas. Yang）提出了光的干涉理论； 1817 年菲涅尔（Fresnel）的“桂冠论文”确定了光的 波动说； 1865 年 J. C. Maxwell 建立了光的电磁理论， 完成了光的波动理论的最后形式。 19世纪末，光电效应又使波动理论陷入困境。 1905年 A. Einstein 提出了光子理论，提出光既具 有波动性又具有粒子性 —— 光具有波粒二象性。 为光的本性的争论画上了句号。 本篇只讨论光的波动性。即主要研究光的干涉、 衍射、偏振等问题。 本章主要研究光的干涉。通过介绍光的相干性， 重点讨论双缝干涉、薄膜干涉等问题的基本原理及 其应用。 §13-1 光 源 相干光 （ Light source and coherent light） 一、光源(Light source)：发光的物体 1. 光：（可见光）指波长为 4000~7600 A°的电磁 波。 对应频率： 第十三章 光的干涉 （Interference of Light） 红 橙 黄 绿 青 兰 紫 光是横波 介质中（透明） 2. 光源的分类 [1]. 热致发光：高温物体可发射可见光。 [2]. 电致发光：电能直接变成光能的现象。如闪电、 霓虹灯等。 [3]. 光致发光：用光引发光的发光的现象。 (1) 日光灯；(2) 交通指示牌。 [4]. 化学发光：发生化学反应而发光，如燃烧等。 1. 单色光：具有单一频率或单一波长的光。 2. 复色光：含有不同频率的光。 3. 准单色光：有波长相差很少的光组成的光，谱 线宽度用 △λ 表示，则波列长度 Lc（即相干长 度）与谱线的宽度 △λ 之间的关系： 4. 单色光的获得 二 、光的单色性 （1）钠光灯——单原子发光； （2）三棱镜色散； （3）滤光片； 上述方法的弱点：单色性愈高，光强愈小。 （4）激光 —— 单色性好、亮度高、方向性好。 3. 发光机理：基本发光单元 —— 原子、分子。 普通光源的原子发光完全是随机的。即发光波列是 间断的、间歇的、随机的，它们初位相、光矢量的振 动方向和传播方向也都是随机的。各个原子或同一个 原子在不同时刻发射光波的频率不一定相同、振动方 向各异、无确定的位相，因此，普通光源的光不会产 生干涉。 能级跃迁 —— 实际的发光系统 是由许多原子或分子组成，它们的 能量是量子化的。原子或分子的能级 跃迁（由高能量状态跃迁到低能量 状态）产生了光波，它们是由长度 有限、频率一定、振动方向一定波 列组成。这些光波沿一定方向传播，频率不一定相同、 振动方向各异、也无确定相位关系并且波列各自独立。 （1）两束光在相遇点的光强相差不能太大，否则 不能观察到干涉现象。 （2）两束光在相遇点的相位差不能太大。 三、相干光（Coherent light） 1. 光矢量：引起视觉和感光材料感光的是 2.光的相干性条件 1）相干波（Interference wave）必要条件： 同频率、同方向、在相遇 点相差恒定。 2）辅助条件： 3.干涉条纹的明暗条件 由波动理论：真空中相 干光源 S1、S2 发出的光， 经不同路径相遇于 P 点时 这里δ称为光程差。 光的相干性(Coherence of light)讨论 设在空间某点两个同方向的光振动分别为： 由于光强 I 正比于 E2 我们只对光强感兴趣，不妨设 在一个周期τ内总光强的平均值为 其中