波动光学（WaveOptics）.ppt

* 波动光学 （Wave Optics） 光学------研究 光的现象; 光的本性; 光与物质相互作用. 20世纪60年代激光问世后，光学有了 飞速的发展，形成了现代光学。 ▲几何光学：以光的直线传播规律为基础， 研究各种光学仪器的理论。 ▲量子光学：以光的量子理论为基础， 研究光与物质相互作用的规律。 ▲波动光学：以光的电磁波本性为基础，研究传播 规律，特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用 第三章 光的干涉 （Interference of light） §3.1 光源的发光特性 一.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。 能级跃迁辐射 发光时间t?10-8s 1.普通光源 原子发光是间隙式的. 各个原子的发光是完全独立的,互不相关. 它们何时发光完全是不确定的; 因此,不同原子发的光不可能产生干涉现象. ------自发辐射 例如:普通灯泡发的光;火焰;电弧;太阳光等等 发光频率,光的振动方向,光波的初位相 以及光波的传播方向等都可能不同; 2.激光光源 完全一样（频率，相位，振动，传播方向） 全同光子 可以实现光放大;单色性好;相干性好 ------受激辐射 例如:氦氖激光器;红宝石激光器; 半导体激光器等等. 二. 光的单色性 实际原子的发光:是一个有限长的波列, 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。 衡量单色性好坏的 物理量是谱线宽度?? 理想的单色光：具有恒定单一频率的 简谐波，它无限伸展。 例:普通单色光 : 10-2? 10 0A? 激光 ：10-8? 10-5 A? 可见光 ?103A? 谱线 宽度 造成谱线宽度的主要原因： 1. 自然增宽：由能级自然宽度形成。 2. 多普勒增宽：分子、原子的热运动引起. 3. 碰撞增宽：碰撞可增加原子能级宽度. 由于谱线频率的展宽，一般波列的长度 只有几厘米或几毫米。 原子处在激发态有一定的寿命?， -----能级宽度 三、光的相干性 设E1‖E2 ?1=?2=? P: 两列光波相遇，只讨论电振动，E —光矢量. r1 r2 P点光强： 若S1,S2是完全独立，无规地发光， 没有固定位相差（?10， ?20是无规则变化的 ） 即它们是非相干光源，则 若S1,S2是相干光源， 必有固定位相差（?10-?20=const.) 普通光源获得相干光的方法： 将光源上同一原子同一次发的光 分成两部分，再使它们叠加。 §3.2 杨氏双缝干涉 (double slit interference) 英国科学家 Thomas Young(1773-1829) s s1 s2 一.条纹(中心)的位置 亮纹: 在? 较小的情况下 可以看出: x 越大,波程差越大, 干涉条纹的级次也越大. 暗纹: 二.条纹间距 相邻两亮纹(或暗纹)之间的距离都是 亮纹与暗纹交替排列. ?不太大时条纹等间距. (1)可以测光波的波长 (2)非单色光源, 有色散现象: 白光入射时，0级亮纹 为白色（可用来定0级 位置），其余级亮纹 构成彩带,第二级亮纹 就出现重叠。 1 2 3 4 0 0.4 ? 0.76 ? 0.4 ? 0.76 ? 三. 条纹的衬比度(对比度) 衬比度V差； (Imax=4I1，Imin=0——V=1.) ?§3.3 其他分波面的干涉实验（自学） *