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大学物理8波动光学3
目录波动光学基本概念与原理光的干涉现象与条件光的衍射现象与分类偏振光及其性质研究波动光学在现代科技中应用现代波动光学发展趋势与挑战
01波动光学基本概念与原理Chapter
光是一种电磁波,具有波动性质,如干涉、衍射等现象。光的波动性光的传播方式光的偏振光在空间中以波动形式传播,其传播方向垂直于波阵面。光波在一定条件下,其振动方向会限制在某一特定方向,称为偏振光。030201光的波动性质
17世纪,惠更斯提出了光的波动说,用以解释光的反射和折射现象。早期波动光学19世纪初,杨氏双缝干涉实验和菲涅尔衍射理论的确立,为波动光学的发展奠定了基础。光的干涉与衍射19世纪中叶,麦克斯韦建立了光的电磁理论,揭示了光、电、磁之间的内在联系。光的电磁理论波动光学发展历史
描述双缝干涉实验中,干涉条纹的间距、双缝间距、光波长及双缝到屏幕的距离之间的关系。杨氏双缝干涉公式菲涅尔衍射公式光的偏振公式光的电磁场理论相关公式描述光在通过小孔或障碍物时发生的衍射现象,以及衍射光强的分布规律。描述偏振光的振动方向与传播方向之间的关系,以及偏振光通过不同偏振片时的光强变化规律。包括麦克斯韦方程组等,描述光作为电磁波在空间中的传播规律及其与物质相互作用的过程。重要公式及定理
02光的干涉现象与条件Chapter
123两束或多束光波在空间某些区域叠加时,振动加强,亮度增加的现象。如双缝干涉实验中的亮条纹。相长干涉(构造性干涉)两束或多束光波在空间某些区域叠加时,振动减弱,亮度减小的现象。如双缝干涉实验中的暗条纹。相消干涉(破坏性干涉)实际光源发出的光波列之间存在一定的相干性,产生的干涉现象介于完全相干与完全非相干之间。部分相干光干涉干涉现象分类及特点
03两束光波在空间相遇时具有恒定的相位差相位差恒定是产生稳定干涉现象的重要条件,可以通过调整光源、光路或探测器的位置来实现。01两束光波的频率相同或相近只有频率相同或相近的光波才能产生稳定的干涉现象。02两束光波的振动方向不互相垂直两束光波的振动方向应大致相同,以保证在空间相遇时能够产生叠加效果。产生干涉条件分析
实验装置包括单色光源、双缝装置、屏幕和测量系统等。实验步骤首先调整光源和双缝装置的位置,使光源发出的光能够均匀地照射到双缝上;然后观察屏幕上的干涉条纹,并测量其间距和宽度;最后根据测量结果计算相关参数。实验应用杨氏双缝干涉实验是光学干涉现象的经典实验之一,广泛应用于测量光源的波长、检测光学元件的表面质量以及研究光的相干性等方面。实验原理当单色光照射到双缝上时,会形成两个相干光源,它们在屏幕上相遇并产生干涉现象。通过测量干涉条纹的间距和宽度,可以计算出光源的波长和双缝的间距等参数。典型实验:杨氏双缝干涉实验
03光的衍射现象与分类Chapter
光在传播过程中,遇到障碍物或小孔时,光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象,叫光的衍射。根据衍射形式的不同,可将光的衍射分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。根据障碍物或孔的尺寸大小,又可将衍射分为明显衍射和非明显衍射。衍射现象定义衍射分类衍射现象定义及分类
菲涅尔衍射光源和观察屏或二者之一距衍射屏为有限远时发生的衍射,其衍射条纹间距不等,中央明纹亮而宽,两侧条纹亮度迅速减小。夫琅禾费衍射光源和观察屏都距衍射屏为无限远时发生的衍射,其衍射条纹间距相等,各条纹亮度较为接近。明显衍射与非明显衍射当障碍物或孔的尺寸远大于光波波长时,发生非明显衍射,衍射现象不明显,光仍沿直线传播;当障碍物或孔的尺寸与光波波长相当或比光波波长小时,发生明显衍射,衍射现象明显,光波将绕到障碍物后面形成明暗相间的条纹。各类衍射现象特点比较
当单色光照射在宽度小于或等于光源波长的小缝上时,就会在小缝后方的光屏上出现明暗相间的衍射条纹,中央条纹最亮最宽,两侧条纹逐渐变暗变窄。单缝衍射当单色光照射在一个小圆孔上时,会在光屏上形成一个中央有较亮区域的衍射图样,这个区域称为艾里斑。艾里斑的大小与圆孔的直径和光的波长有关,圆孔直径越小,艾里斑越大;光的波长越长,艾里斑也越大。圆孔衍射典型实验:单缝衍射和圆孔衍射
04偏振光及其性质研究Chapter
偏振光是指光波中电矢量振动方向具有一定规律性的光,其振动方向在光的传播方向上具有特定的取向。偏振光可以通过多种方式产生,如反射、折射、散射、双折射以及通过偏振器件等。其中,最常见的是通过偏振片来产生偏振光。偏振光概念及产生方式产生方式偏振光定义
偏振度偏振度是描述偏振光振动方向有序程度的物理量,其取值范围为0到1。偏振度为1的光为完全偏振光,偏振度为0的光为自然光。振动方向性偏振光的电矢量振动方向具有特定的取向,这使得偏振光在传播过程中具有独特的性质,如振动面、布儒斯特角等。偏振态偏振光具有不同的偏振态,如线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光
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