大学物理下14.1.ppt

一、光学发展的概况 五 个 时 期 萌芽时期 公元前500年~公元1500年，经历大约2000年 面镜、眼镜和幻灯等光学元件已相继出现 几何光学时期 1500~1800，大约300年 波动光学时期 1800~1900，近100年 1、杨氏利用实验成功地解释了光的干涉现象 2、惠更斯－菲涅耳原理成功地解释了光的衍射现象 3、菲涅耳公式成功地解释了光的偏振现象 4、麦克斯韦的电磁理论证明光是电磁波 5、傅科的实验证实光在水中传播的速度小于在空气中的传播速度 6、波动光学的理论体系已经形成，光的波动说战胜了光的微粒说 量子光学时期 1900~1950，近50年 1、1900年普朗克提出了量子假说，成功地解释了 黑体辐射问题 2、爱因斯坦提出了光子假说，成功地解释了 光电效应问题 3、光的某些行为象经典的“波动” 4、另一些行为却象经典的“粒子” 现代光学时期 从1950年至今 1、全息术、光学传递函数和激光的问世 是经典光学向现代光学过渡的标志 2、光学焕发了青春，以空前的规模和速度 飞速发展 1）智能光学仪器； 2）全息术； 3）光纤通信 4）光计算机； 5）激光光谱学的实验方法 真空中电磁波的波动方程： 可得： 在不同媒质中有： 在相同介质中有： 相对光强： 注意： 光强是一个平均值 光强定义为一个平均值的原因 响应时间：能够被感知或被记录所需的最短时间 人眼的响应时间： 最好的仪器的响应时间大约： 光波的振动周期： 人眼和接收器只能感知光波的平均能流密度 有实际意义的是光波的平均能流 * 波动光学 人类感官接收到外部世界的总信息量中至少有90％以上通过眼睛 光学是一门古老的学科，又是一门新兴的年青学科 激光器诞生后，光学开始了迅猛发展，成为科研前沿极为活跃的学科 1、建立了光的反射定律和折射定律， 奠定了几何光学的基础 2、研制出了望远镜和显微镜等光学仪器 3、牛顿为代表的微粒说占据了统治地位 4、对折射定律的解释是错误的 光的两种互补性质： 传播过程中显示波动性 与其他物质相互作用时显示粒子性 光具有波粒二象性 光的本性 14.1.1 光的电磁理论 光矢量 光强 14.1 光的相干性 光源----能发射光波的物体 光源的最基本发光单元是分子、原子 ? = (E2-E1)/h E1 E2 能级跃迁辐射 波列 波列长L = ? c 14.1.2 光源的发光机理 1 光源的发光机理 普通光源： 自发辐射 独立(不同原子发的光) · · 独立(同一原子先后发的光) 两个独立的光源不可能成为一对相干光源 原因：原子发光是随机的，间歇性的，两列光波的振 动方向不可能一致，位相差不可能恒定。 钠 光 灯A 钠 光 灯B 两束光 不相干！ ? 激光光源：受激辐射 ? = (E2-E1)/h E1 E2 ? ? 完全一样(频率,位相,振动方向,传播方向) 相干光源 可见光频率范围：7.5×1014~ 3.9×1014赫兹 真空中对应的波长范围：400~ 760nm 相应光色：紫、蓝、青、绿、黄、橙、红 单色光? 具有单一频率的光 复色光? 由各种频率组成的光 2 光的颜色和色谱 两个频率相同的光源 在P点相遇 两光在P点振动的位相差 分子原子每次发光的时间级短，观察到的是在较长时间内的平均值 14.1.3 光的相干性 ?非相干迭加 在?时间内，迭加处位相差??“瞬息万变” 来自两个独立光源的两束光，迭加后的光强等于两束光单独照射的光强之和。 无干涉现象！！ ?相干迭加 P点位相差恒定，光强始终不变。 空间各处光强分布由干涉项 决定 干涉相长 干涉相消 相干 条件： （1）频率相同 （2）振动方向相同或有相互平行的分量 （3）具有固定的位相差 ---------相干光 (两相干光源) (两非相干光源) (一光源) 1 相干光的获得 （1）频率相同 （2）振动方向相同或有相互平行的分量 （3）具有固定的位相差 将光源上一发光点的光分成两束，各经历不同的路径再会合迭加。 * *