1 第 9 章 光的干涉.pdf

光 学 1.光学的研究对象 光学是研究光的本性、光的发射、传播和接收的 规律，光与其他物质间的相互作用规律的学科。例如： 光的吸收、散射，光的力、热、电、化学及生理效应 等。 2.光学发展简史 人类对光现象的认识是从简单直观的几何光学入 手的。但是对光本性的认识却经历了曲折的过程。可 分为三个阶段： （1）微粒说和波动说的长期争论 17世纪出现了以牛顿为代表的“微粒”说和以惠更 斯为代表的“波动”说 “微粒”说： 代表人物：牛顿 观点：光是发光体发出的弹性粒子流 贡献：光的直线传播、反射定律、折射定律 缺点：光的衍射现象 “波动”说： 代表人物：惠更斯 观点：光同声一样，是以球形波面传播的 贡献：反射定律、折射定律、双折射现象 缺点：光的直线传播 双方曾一度各持己见，但由于牛顿的权威，波 动说近一个世纪一直未能得到顺利发展。 （2）19世纪波动说的发展 两百年后，19世纪杨氏双缝干涉实验判明光具 有波动性，随后光的衍射、偏振实验的出现，才使 光的波动说得以公认。由麦克斯韦的理论还认识到 光波是一种横波，并证实光在真空中的传播速度与 电磁波的传播速度一样，确定光波是在一定波长范 围内的电磁波，从而才确立了波动理论在光学中地 位。 (3) 微粒说和波动说的统一 光具有波粒 二象性 19世纪，新的实验事实，如：热辐射的规律性、 光电效应等，使人们又认识到光除具有电磁波的波动 性外，与物质相互作用时还表现出粒子性。认识到光 线是大量具有一定能量的 “光量子”流 （光子流）， 在与物质发生相互作用时，光量子放出自己的全部能 量而消失。这时才算对光的本性有了较全面的认识— —光具有波粒二象性。 3、光学理论知识的基本结构 几何光学：以光的直线传播为基础，主要研究各种 成象光学仪器的理论，不涉及光的本性。 波动光学：主要研究光在介质中传播时表现出的波 动特性。如光的干涉、衍射、偏振等。 量子光学：主要研究光与物质相互作用时所表现出 的粒子特性。如光电效应、康普顿散射等。 波动光学和量子光学，统称为物理光学。 第四篇 波动光学 以光的电磁本性为基础，研究光的传播，分解， 合成，特别是光的干涉，衍射以及偏振的理论和应用。 第 9章光的干涉 第10章光的衍射 第11章光的偏振 §9.1 光是电磁波 1. 电磁波的产生 任何振动电荷或电荷系都是发射电磁波的波源 例如：天线中的振荡的电流，振荡的电偶极子，原子或分 子中电荷的振动 y E  O u x  z H 2. 对电磁波 的描述（平面简谐波） 任何形式的波都可以用频率不同的简谐波叠加来表示。 y •平面简谐电磁波的性质 E (1) 和 传播速度相同，  O