第15章光的干涉改1.pptVIP

大学物理学 物电学院教学课件 第三部分 光 学 一、从经典光学到现代光学 研究光的本性； 光的产生、传输与接收规律； 光与物质的相互作用； 光学的应用。 2. 光的两种学说 牛顿的微粒说： 光是由发光物体发出的遵循力学规律的粒子流。 惠更斯的波动说： 光是机械波，在弹性介质“以太”中传播。 1. 光学的研究内容 光学概述 4. 光学的分类 几何光学 以光的直线传播和反射、折射定律为基础，研究光学仪器成象规律。 物理光学 以光的波动性和粒子性为基础，研究光现象基本规律。 波动光学—光的波动性：研究光的传输规律及应用的学科； 量子光学—光的粒子性：研究光与物质相互作用规律及其应用的学科。 现代光学 以激光科学和技术为基础，研究非线性光学、激光光谱学、信息光学、光纤通信、集成光学和统计光学等方面问题。 3. 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 二、光的电磁理论 1. 光速和折射率 光是一定波段的电磁波，电磁波在真空中的传播速度就是光在真空中的传播速度，即 折射率n ── 表征透明介质的光学性质，定义为 其中0是真空电容率，0是真空磁导率。 光在介质中的传播速度： r是介质的相对电容率 r是介质的相对磁导率 考虑到在光频波段所有的磁化机制都不起作用，介质的相对磁导率r  1，于是有 当光波穿过不同介质时，其频率 保持不变，但波速u和波长 都将随着介质的不同而改变。 通常泛指的光波波长，都是指该频率的光波在真空中的波长，它是在折射率为n的介质中的实际波长的n倍。 2．光强 光是一种电磁波，在光波中引起光效应的，即对人的眼睛或照相底片等感光器件起作用的，主要是电场强度E，并把E矢量称为光矢量，把E矢量的振动称为光振动。 光强I ──光的平均能流密度，表示单位时间内通过与传播方向垂直的单位面积的光的能量在一个周期内的平均值。 对于平面简谐电磁波，光强I 与光振动的振幅E0或A成正比。在波动光学中，主要讨论的是光波所到之处的相对光强，因此在同一种介质中往往就直接把光强定义为 3．光的颜色和光谱 可见光是指能为人眼感受到的电磁波，其波长 在390~760nm范围内，频率在(7.7~3.9)1014 Hz范围内。 单色光：只包含单一波长的光。实际中严格的单色光是不存在的，一般光源发出的光都包含有各种不同的波长成分。 (准)单色光：只含有波长范围很窄的成分的光。波长范围  越窄，其单色性就越好。 390nm 760nm 颜色 波长范围 频率范围/Hz 红 760 nm ~ 622 nm 3.9 ~ 4.7  1014 橙 622 nm ~ 597 nm 4.7 ~ 5.0  1014 黄 597 nm ~ 577 nm 5.0 ~ 5.5  1014 绿 577 nm ~ 492 nm 5.5 ~ 6.3  1014 青 492 nm ~ 450 nm 6.3 ~ 6.7  1014 蓝 450 nm ~ 435 nm 6.7 ~ 6.9  1014 紫 435 nm ~ 390 nm 6.9 ~ 7.7  1014 复色光：不同波长单色光的混合，如白光。 光谱：所有彼此分开的波长不同的成分。 光谱线或谱线：光谱中每一波长成分所对应的亮线或暗线。 谱线宽度(线宽)：光谱线的宽度。 光谱仪：把光源所发出的光中波长不同的成分分开的仪器。 4. 普通光源与激光光源 光源的最基本的发光单元是分子、原子。 （1）热辐射 （2）电致发光 （3）光致发光 （4）化学发光  = (E2-E1)/h E1 E2 能级跃迁辐射 波列长 L0=t0c 发光时间t010-8s 1)普通光源：自发辐射 独立(不同原子同一时刻发的光) · · 独立(同一原子不同时刻先后发的光) 原子发光：方向不定的振动 瞬息万变的初位相 此起彼伏的间歇振动 激发态 基态 2) 激光光源：受激辐射  = (E2-E1)/h   完全一样(频率,位相,振动方向,传播方向) 例如:氦氖激光器; 红宝石激光器; 半导体激光器等。 实际原子的发光：是一个有限长的波列，所以不是严格的余弦函数，只能说是准单色光： 在某个中心频率(波长)附近有一定频率(波长)范围的光。 理想的单色光：具有恒定单一波长的简谐波，它是无限伸展的。 衡量单色性好坏的 物理量是谱线宽度 三、光波的复振幅描述 单色光场的波动表达式： 单色光场的复数表达式： 光波在 处的振幅(