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第十四章 波动光学 早期的光学研究 公元前400多年，《墨经》阐述了光的直线传播，小孔成像等。 中国古代的“金燧”、“木燧”。 古书记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。” 11世纪，阿拉伯人发明透镜。 1590年到17世纪初，詹森和李普希同时独立地发明显微镜。 斯涅耳 发现光的折射定律。 17世纪明确形成了两大对立学说 19世纪初证明了波动说的正确性 光到底是什么？ 光波是电磁波 已知O点振动表达式y0 = A cos  t y0表示振动方向上的位移，A是振幅，w是角频率或叫圆频率。 O点振动传到P点需要时间x/u，相位落后x/u，故P点的振动为 此式是沿x轴正方向传播的平面简谐波的表达式，称为平面简谐波波函数。 简谐波的传播 式中 称为波数，表示在2米内所包含的完整波的数目。 简谐波的传播 一般情况下坐标原点的振动应写为 平面简谐波波函数为 平面简谐波波函数的复数表示 该复数的实部才是我们关心的平面简谐波波函数。 或者 简谐波的传播 1. 当x 一定时，波函数表示了距原点为x 处的质点在不同时刻的位移。即x 处质点的振动方程。 2. 当t 一定时，波函数表示了给定时刻Ox轴上各质点的位移分布情况。 3. 当t 和x都变化时，波函数表示了所有质点的位移随时间变化的整体情况。 4. x前的负号表示波沿x轴正方向传播，称为右行波；若波沿x轴负方向传播，负号改为正号，即为左行波。 波函数的物理意义 任何发光的物体都可以叫光源。太阳、蜡烛的火焰、白炽灯、日光灯，…… 按照光的激发方式，光源可分为两类： E1 E2 能级跃迁辐射 热光源：利用热能激发的光源: 白炽灯 光 源 冷光源：利用化学能、电能或光能激发的光源 电致发光：各种气体放电管（日光灯、水银灯）内的发光过程是靠电场来补给能量。 光致发光：某些物质如碱土金属的氧化物和硫化物等，在可见光或紫外线照射下被激发而发光，称为光致发光。在外界光源移去后，立刻停止发光的，称为荧光物质；在外界光源移去后，仍能持续发光的，称为磷光物质。 可见光和白光 单色光：具有一定波长的光 简谐平面波：单色的平行光可以看作是简谐平面波，设坐标原点o处的光振动为: 单色光波及其描述 空间任意一点P的振动为 引入波矢量 按照光学里的习惯写法, 单色光波及其描述 简谐平面波： 球面波： 1、介质中的光速和波长： 光程（optical path) 光在介质中的波长 真空中光波传播距离l，形成的相位差 媒质中形成相同的相位差所需要的传播距离为x 光程：光传播的路程与所在介质折射率的乘积 将媒质中的路程折算成真空中的路程，以便比较 光程 光程差 透镜可以改变光线的传播方向，但是在光路中放入薄透镜不会引起附加的光程差。 波阵面 波阵面 光程 物象之间的等光程性。 光强：光波的平均能流密度即为光强 在考察同一种介质中光强的相对分布时，常将上式表示为： 点P的光强为： 光的干涉 光强分布的基本公式 由光波的叠加而引起光强重新分布的现象，称为光的干涉 相干叠加：干涉项不为零的叠加。在相干叠加时,合成光强在空间形成强弱相间的稳定分布。 光的干涉 两列光波的频率相同（否则，干涉项为零） 存在互相平行的振动分量 具有固定的相位关系 相干条件 光强决定于干涉项中的 [k2 r2k1 r1] 因子 在相遇处各点的光强决定于两列光波到达该点的光程差。 获得相干光波的方法 分波前法 分振幅法 分振动面法 第六节 分波前干涉 （杨氏实验） 杨氏实验（双缝实验） 托马斯·杨（Thomas Young，1773—1829）于1801年进行了一次光的干涉实验，即著名的杨氏双孔干涉实验，并首次肯定了光的波动性。 后来的历史证明，这个实验完全可以跻身于物理学史上最经典的前五个实验之列。 杨氏实验开启了波动光学的大幕。 杨氏双缝干涉实验—实验装置 杨氏双缝干涉实验—明暗条纹的位置 亮条纹 暗条纹 杨氏双缝干涉实验—明暗条纹的位置 (1) 一定时，若 变化, 则 将怎样变化？ 杨氏双缝干涉实验—干涉条纹特点 杨氏干涉可用于测量波长，是光的波动性的实验依据。 (2) 一定时,双缝间距2a与 的关系如何？ 杨氏双缝干涉实验—干涉条纹特点 半波损失 ：光由光速较大的介质射向光速较小的介质时，反射光位相突变 . P M 劳埃德镜 双 镜 例题1、 杨氏实验中，双缝间距为0.45mm,使用波长为540nm的光观测。（1）要使光屏上条纹间距为1.2mm，光屏应离双缝多远？（2）若用折射率为1.5、厚度为9.0μm的薄玻璃片遮盖狭峰S2，光屏上干涉条纹将发生什么变化？ 解：(1) 根据光屏上干涉