大学物理资料-光学笔记+课件-第一章光的干涉.doc

第一章 绪论 1、光的本性 据统计，人类感官收到外部世界的总信息中，至少有90%以上是通过眼睛。与天文、几何、力学一样，是一门古老的科学。十七世纪开始，探讨光的本性（光是什么） （1）光线模型； （2）微粒模型（牛顿）： 光按惯性定律沿直线飞行的微粒流。 折射：水中速度比空气中大，科技落后，无法用实验鉴别。 （3）波动模型 惠更斯：光是纵波 一种特殊弹性媒质中传稀的机械波可解释反射、折射。 十九世纪初，托马斯杨的双缝实验，菲涅耳在惠更斯基础上的理论，推动波动理论的发展。 A、解释干、衍 B、初步确定波长 C、由光的偏振光是横波 D、由波理，光在水中速度小于空气中，1862年付科证实，十九世纪中叶，波战胜微。 惠—菲旧波动理论与微粒理论： 弱点：它们都带有机械论色彩，光现象为某种机械运动过程，光为弹性波，传播借助某种理想的特殊的弹性媒质（以太）充满空间因光速大，所以认为以太（一种极其矛盾的属性）密度极小，弹性模量极大。实验上无法证实，理论上显得荒唐。 （4）量子模型 麦克斯韦：磁理论 主要是光的传播，很少涉及发射、吸收、光与物质相互作用尚未研究。 两朵乌云 （5）光的波粒二象性 “粒子”与“波动”都是经典理论的概念。 近代科学实践证明，光是十分复杂的客体。对它的本性问题，只能用它所表现的性质和规律来回答，光的某些方面的行为象经典的“波动”，另一方面的行为却象经典“粒子”，这就是所谓“光的波粒二象性”，任何经典概念都不能完全概括光的本性。 2、光这的研究对象、分支 （1）光学：研究光的传播以及它与物质相互作用的问题，不涉及光的发射、吸收与物质相互作用的微观机制。 在传统上分为两部分： A、几何光学：波长可视为极短，波动效应不明显，把光的能量看成是沿着一根根光线传播的遵循反、折、直进等定律。 B、波动光学：研究光的干、衍、偏。 光与物质相互作用的问题，通常是在分子或原子的尺度上研究的。有时可用经典理论，有时又需要量子理论，这不属传统光学的内容，冠以“分子光学”、“量子光学”等。 3、现代光学的发展 （1）激光技术。特点：强度大、单色性发好，方向性强。 （2）全息摄影 （3）光学纤维：新型光学元件，用于光通讯、抗干扰力强，便于必威体育官网网址。 （4）信息光学 （5）非线性光学 4、光源和光谱 光源：任何发光物 实验中特殊光源：电弧、气体辉光放电管。光发射的分类： （1）热辐射。在一定温度下处于热平衡状态下物体的辐射，叫热（温度）辐射。 太阳、白炽灯 （2）光的非热发射 A、电致发光、日光灯、水银灯；气体放电管的发光靠电场补给能量。 B、荧光：示波管、电视显象管的荧光屏。某些物体在放射线、射线、红外线、可见光或电子束的照射轰击下，可发出可见光（荧光） C、磷光：有的物质在上述各种射线的辐射后，可以在一段时间内持续发光。如：夜光表 D、化学发光。腐物中的磷在空中缓慢氧化发生的光，“鬼火”。 E、生物体的发光叫生物发光。 荧火虫：特殊类型的化学发光过程。 5、光的电磁理论 光的强度指单位面积上的平均光功率，光的平均能流密度。 坡印廷矢量的瞬时值 在光频阶段，所有磁化机制对人眼（或感光你器）都不起作用，即 对简谐振动，平均值 E0为振幅 人眼比较光的相对强度 在比较不同媒质里的光强时，比例系数有与媒质有关的量 6、光谱 单色光：单一波长的光 复合光：许多波长的光混合在一起 用棱镜或其他分光器对各种普遍光源的光分析，发现大多不是单色光。 例：太阳光（复合光），连续光谱 令代表波长在之间的光强 代表单位波长区间的光强，非单色光的按波长分布，叫光谱。 ：谱密度 连续谱 线光谱 太阳光 原子发光 ：谱线宽度 越小，单色性越好。 第一章 光的干涉 §1 波动特性 一、波场描述 波动：振动在空间的传播形成波动 波线：能量传播的路径 波面：等相面（位相相等各点的转迹） 球面波：点光源发射 平面波：平行光束 二、独立性、迭加性 例：机械波（简谐振动的合成） 同一直线振动 在某一时间内（ 三、相干性 1、相干迭加：位相差始终保持不变 （1）当 （2）当 （3）当为任意值，且 光强弱按一定规律分布，即相干 （4）如有N个相干光，相干迭加 相长： 相消： 2、不相干迭加 位相差随时变化，可看出实际上是两波的频率不一致， 强度直接相加，不相干 如有个光源（或灯盏）， 则 四、光源和机械波源的区别 机械波源中独立振源的振动在观察时间内通常是持续进行的，位相差保持不变