大物第六章概要.ppt

一束波长为 480 nm 的单色平行光，照射在每毫米内有600条刻痕的平面透射光栅上。 求 平行光垂直入射时，最多能看到第几级光谱？ 例 解 按题设光栅常数为 由光栅方程 级数 k 的最大可能值对应于 ? = 90o 平行光垂直入射时，最多能看到第 3 级光谱。 第6章 波动光学 北极光 6.1 光的微粒说与波动说 一. 关于光的本性的争论 光的微粒说 牛顿：光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒流。 光的波动说 惠更斯 惠更斯：光是发光体中微小粒子的振动在弥漫于宇宙空间的完全弹性的介质（以太）中的传播过程，即光是振动的传播。 二. 惠更斯原理 1. 行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源； 3. 各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传播到的新波面。 2. 所有子波源各自向外发出许多子波； (1) 已知某一时刻波前，可用几何方法决定下一时刻波前； 说明 R1 R2 S1 S2 O 三. 波的衍射 波在传播过程中遇到障碍物时，其传播方向发生改变，能绕过障碍物继续前进的现象，称为波的衍射。 (2) 惠更斯原理解决了波的传播方向问题。 衍射现象是否明显与波长 ? 和障碍物的大小 a 有关； 当 ? a 时，衍射现象不明显； 当 ? ? a 时，衍射现象明显； 当 ? a 时，衍射现象非常明显。 波的衍射现象是波动的共同特征。 四. 光的波粒二象性 波动性: 干涉 衍射 偏振 粒子性: 光电效应 爱因斯坦 一束光就是一束以光速运动的粒子流，这些粒子称为光子。频率为? 的光的每一个光子具有的能量为h? ，它不能再分割，只能整个地被吸收或产生出来。 麦克斯韦 光是一种电磁波,其速度与电磁波相同。 矛盾 光是波: 为什么一份一份的传递能量? 光是粒子: 为什么会有波长和频率? 6.2 光的干涉及应用 6.2.1 光程 光程差 相干条件 光程（L）：光波在某一媒质中所经历的几何路程 x 与这一媒质的折射率 n 的乘积。 若在时间 t 内光波在介质中传播的路程为 r ，波速为 u，则在时间 t 内光波在真空中传播的路程 S 为 光程是一个折合量，在传播时间相同的条件下，把光在介质中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程。 说明 （2）可由光程差计算相位差 （3）物象之间等光程原理 光程1 光程2 光程3 光程1=光程2=光程3 光程 …… ? （1）光连续经过多种介质时， 薄透镜对物像间各光线不会引起附加的光程差。 三棱镜使光色散 可见光与光源 可见光的一个主要特点是对人的眼睛引起视觉。引起视觉的是电磁波中的电场强度矢量 E ,称为光矢量 。 可见光七彩颜色的波长和频率范围 光色 波长(nm) 频率(Hz) 中心波长 (nm) 红 760~622 660 橙 622~597 610 黄 597~577 570 绿 577~492 540 青 492~470 480 兰 470~455 460 紫 455~400 430 光源：发光的物体称为光源。 (1) 热辐射 太阳光，白炽灯等 (2) 电致发光 闪电，发光二极管等 (3) 光致发光 荧光物质 磷光物质 (4) 化学发光 燃烧，萤火虫 ??? 能级跃迁 波列 波列长 L = ? c 非相干(不同原子发的光) 非相干(同一原子先后发的光) . . 自发辐射 E2 E1 一般光源的发光机理 自发辐射是一种随机辐射过程，其特点是 发生辐射的各粒子互不相关，它们发出光波波列的频率、相位之间没有联系。 说明 C.H.Townes A.M.Prokhorov N.G.Basov 1954年，汤斯（美国）在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反转，研制了微波激射器和激光器；1958年，普罗霍洛夫（俄国）和巴索夫（俄国）几乎同时在量子电子学的基础研究中，根据微波激射器和激光器原理研制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。 The Nobel Prize in Physics 1964 新型光源 —— 激光 Laser（受激辐射的光放大） 1960年1月18日，美国加利福尼亚休斯研究实验室的梅曼研制出了世界上第一台红宝石激光器。从此，激光科学和技术得到了异常迅速的发展。 激光器是一种性能优良的新光源。激光器的发光机理与普通光源不同。激光是基于受激辐射放大产生的相干光辐射，加之特定的谐振腔结构，使激光具有一系列不同于普通光源的特点，即：高单色性、高