光学研究光的现象光的本性光与物质的相互作用课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章,波动光学,光学 - 研究 光的现象; 光的本性;,光与物质的相互作用,.,几何光学：,量子光学：,波动光学：,以光的直线传播规律为基础，,研究光在透明介质中的传播问题。,以光的电磁波本性为基础，,研究光的传播及其规律，特别是,干涉、衍射、偏振的理论和应用。,以光的量子理论为基础，,研究光与物质相互作用的规律。,一 光的干涉,1,理解,相干光的条件及获得相干光的方法.,2,掌握,光程的概念以及光程差和相位差的关系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变.,3,能,分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置.,教学基本要求,2,理解,用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响.,3 理解,光栅衍射公式 , 会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响.,4,理解,衍射对光学仪器分辨率的影响.,5 了解,x射线的衍射现象和布拉格公式的物理意义.,二 光的衍射,1 了解,惠更斯菲涅耳原理及它对光的衍射现象的定性解释.,三光的偏振,理解,自然光与偏振光的区别,;,理解,布儒斯特定律和马吕斯定律,;,了解,线偏振光的获得方法和检验方法,.,第五章 波动光学,5.1 光的本性,1704年，牛顿在光学中主张光是粒子流，但 光的粒子流无法解释牛顿环。,1678年，惠更斯论光主张光是一种波，传播光的介质是“以太”。,1637年，笛卡儿在屈光学中提出光的折射定律。,1815年，菲涅耳完善了惠更斯理论，提出了子波相干的思想。,1800年，托马斯杨设计了杨氏双缝实验，证明了光的干涉现象。,1900年，普朗克提出量子假说。1905年爱因斯坦提出了光量子假设，光又一次被认为是粒子流。,1923 年，德布罗意提出光和实物粒子都具有波粒二象性。,光的波动说无法解释光电效应，但粒子说可以解释。它的思想是爱因斯坦光量子理论的起源。,一、光的相干性,5.2 光的干涉原理,1.,光源,发射光波的物体称为光源。,光是电磁波,引起人视觉的是光矢量 。,可见光的范围:,400nm,紫,760nm,红,P,2,1,普通光源发光,特点,： 原子发光是断续的，每次发光形成一长度有限的波列, 各原子各次发光相互独立.,普通光源,最基本发光单元是分子、原子，光源的发光机制是原子能级跃迁辐射。,原子能级及发光跃迁,基态,激发态,跃迁,自发辐射,相干条件：同方向、同频率、相位差恒定。,独立（同一原子不同时刻发的光，振动方向、相位差也很难相同）,独立（原子的发光完全是偶然的，不同原子同一时刻发的光，彼此独立）,对两个普通光源，不能构成相干光源，不能产生干涉现象。,复色光：不同频率单色光的混合光称为复色光。,单色光：具有单一频率的光波称为单色光。,2. 单色光、复色光,谱线宽度,光谱曲线,强度,波长,复色光,3. 相干光的获得方法,分波面法,分振幅法,p,薄膜,S,*,p,S,*,（1） 两列光波的相干叠加,p,1,2,r,1,r,2,则引起,P,点的分振动为:,4. 相干方程,设两光源满足相干条件，振动方程为：,则引起,P,点的分振动为:,P,点的合振动为：,干涉图,所以光强为：,其中：,由于光强（即波的能流密度）为：,（2） 干涉判据,干涉图,干涉相长（明条纹）,干涉相消（暗条纹）,二、光程和光程差,1.光程,光的干涉方程：,由于相干光是用分振幅法或分波面法得到的，所以光源的初相位差为,0,，相位差取决于第二项，即：,L,是,几何路程差,真空中,是,光在介质中的波长,设有一频率为的单色光：,是光在真空中的波长,介质中,a,b,介质,a,b,真空,从相位看,光程差 :,从时间看,这相当于光在真空中,走过,nL,的路程所发生的相位改变，把,nL,叫作,光程。,相位差：,干涉相长,干涉相消,2. 透镜不引起附加光程差,F,A,B,C,a,b,c,解：,例1 如图，在,S,2,P,间插入折射率为,n,、厚度为,d,的介质。求光由,S,1,和,S,2,到,P,的相位差,。,S,1,S,2,r,1,r,2,d,P,