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1、 光学光学-研究研究 光的现象光的现象;光的本性光的本性;光与物质的相互作用光与物质的相互作用.几何光学：几何光学：量子光学：量子光学：波动光学：波动光学：以光的直线传播规律为基础，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。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，以光的电磁波本性为基础，研究光的传播及其规律，特别是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。干涉、衍射、偏振的理论和应用。以光的量子理论为基础，以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用的规律。研究光与物质相互作用的规律。一一 光的干涉光的干涉 1 理解理解相干光的条件及获得相干光的方法相
2、干光的条件及获得相干光的方法.2 掌握掌握光程的概念以及光程差和相位差的关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系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变.3 能能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置条纹的位置.教学基本要求教学基本要求 2 理解理解用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条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分布的影响.3 理解理解光栅衍射公式光栅衍射公式,会确定光栅衍射谱线的位会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及
3、波长对光栅衍射谱线分布的置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响影响.4 理解理解衍射对光学仪器分辨率的影响衍射对光学仪器分辨率的影响.5 了解了解x射线的衍射现象和布拉格公式的物理意义射线的衍射现象和布拉格公式的物理意义.二二 光的衍射光的衍射 1 了解了解惠更斯菲涅耳原理及它对光的衍射现象惠更斯菲涅耳原理及它对光的衍射现象的定性解释的定性解释.三光的偏振三光的偏振 理解理解自然光与偏振光的区别自然光与偏振光的区别;理解理解布儒斯特定律和马吕斯定律布儒斯特定律和马吕斯定律;了解了解线偏振光的获得方法和检验方法线偏振光的获得方法和检验方法.第五章第五章 波动光学波动光学5.1 光的本性
4、光的本性 1704年，牛顿在光学中主张光是粒子流，年，牛顿在光学中主张光是粒子流，但但 光的粒子流无法解释牛顿环。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，传年，惠更斯论光主张光是一种波，传播光的介质是播光的介质是“以太以太”。1637年，笛卡儿在屈光学中提出光的折射年，笛卡儿在屈光学中提出光的折射定律。定律。1815年，菲涅耳完善了惠更斯理论，提出了子年，菲涅耳完善了惠更斯理论，提出了子波相干的思想。波相干的思想。1800年，托马斯年，托马斯杨设计了杨氏双缝实验，杨设计了杨氏双缝实验，证明了光的干涉现象。证明了光的干涉现象。1900年，普朗克提出量子假说。年，普朗克提出
5、量子假说。1905年爱因斯年爱因斯坦提出了光量子假设，光又一次被认为是粒子流。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年，德布罗意提出光和实物粒子都具有波粒二象性。粒二象性。光的波动说无法解释光电效应，但粒子说可以解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。释。它的思想是爱因斯坦光量子理论的起源。一、光的相干性一、光的相干性5.2 光的干涉原理光的干涉原理1.光源光源 发射光波的物体称为光源。发射光波的物体称为光源。光是电磁波光是电磁波,引起人视觉的是光矢量引起人视觉的是光矢量 。可见光的范围可见光的范围
6、:400nm紫紫760nm红红P21 普通光源发光普通光源发光特特点点：原子发光是断续原子发光是断续的，每次发光形成一的，每次发光形成一长度有限的波列长度有限的波列,各各原子各次发光相互独原子各次发光相互独立立.普通光源普通光源最基本发光单元是分子、原子，光源的发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。光机制是原子能级跃迁辐射。原子能级及发光跃迁原子能级及发光跃迁基态基态激激发发态态跃迁跃迁自发辐射自发辐射 相干条件：同方向、同频率、相位差恒定。相干条件：同方向、同频率、相位差恒定。独独立立（同同一一原原子子不不同同时时刻刻发发的的光光，振振动动方方向向、相位差也很难相同
7、）相位差也很难相同）独独立立（原原子子的的发发光光完完全全是是偶偶然然的的，不不同同原原子子同同一一时时刻刻发发的光，彼此独立）的光，彼此独立）对两个普通光源，不能构成相干光源，不能对两个普通光源，不能构成相干光源，不能产生干涉现象。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。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。单色光：具有单一频率的光波称为单色光。2.单色光、复色光单色光、复色光谱线宽度谱线宽度光谱曲线光谱曲线强强度度波长波长复色光复色光 3.相干光的获得方法相干光的获得方法分波面法分波面法分振幅法分振幅法 p薄膜薄膜S*pS*（1）两
8、列光波的相干叠加两列光波的相干叠加 p12r1r2则引起则引起P点的分振动为点的分振动为:4.相干方程相干方程 设两光源满足相干条件，振动方设两光源满足相干条件，振动方程为：程为：则引起则引起P点的分振动为点的分振动为:P点的合振动为：点的合振动为：干涉图干涉图所以光强为：所以光强为：其中：其中：由于光强（即波的能流密度）为：由于光强（即波的能流密度）为：（2）干涉判据干涉判据干涉图干涉图干涉相长（明条纹）干涉相长（明条纹）干涉相消（暗条纹）干涉相消（暗条纹）二、光程和光程差二、光程和光程差1.光程光程光的干涉方程：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，所以由于相干光是用分振幅
9、法或分波面法得到的，所以光源的初相位差为光源的初相位差为0，相位差取决于第二项，即：，相位差取决于第二项，即：L是是几何路程差几何路程差真空中真空中是是光在介质中的波长光在介质中的波长设有一频率为的单色光：设有一频率为的单色光：是光在真空中的波长是光在真空中的波长介质中介质中ab介质介质ab真空真空从相位看从相位看光程差光程差:从时间看从时间看 这相当于光在真空中这相当于光在真空中走过走过nL的路程所发生的相位改的路程所发生的相位改变，把变，把nL叫作叫作光程。光程。相位差：相位差：干涉相长干涉相长干涉相消干涉相消2.透镜不引起附加光程差透镜不引起附加光程差FABCabc解：解：例例1 如图，在如图，在S2P 间插入折射率为间插入折射率为n、厚度为、厚度为d 的介质。的介质。求光由求光由S1和和S2 到到 P 的相位差的相位差 。S1S2r1r2d P