第二章波动光学的基本的 概念 光学课件.pptVIP

第二章 波动光学的基本概念 §2.1 光源 和光谱 §2.2 光波的基本概念 §2.3 光的强度 §2.4 光波的叠加原理 和相干叠加 §2.5 普通光源发光的 微观机制及特点 ★★★★★★ 几何光学和波动光学是经典光学的两个组成部分，几何光学从光的几个基本定律出发，讨论成像等特殊的光传播问题．所用的是几何的方法，不涉及光的本性．但是要真正了解光波场中发生的许许多多绚 丽多彩的景象，必须研究光的波动本性． 任何发光物体，都可以称作光源. 普通光源： 太阳 火焰 各种照明灯等． 强光光源： 激光 §2.1 光源 和光谱 光是一种电磁辐射，按能量供给的方式不同，发光可分为两大类： （1） 热辐射； （2） 光发射： 电致发光 场致发光 化学发光 光致发光 (400—700)nm的窄小范围． 各种波长的电磁波中，能为人所感受的是 这波段内电磁波叫可见光，在可见光范围内，不同频率的光波引起人眼不同的颜色感觉． 对应的频率范围是 　　　　? = （7.6 ?4.0）?1014 HZ ． 760 630 600 570 500 450 430 400(nm) 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 §2.2 光波的基本概念 光是电磁波，是横波. 光在真空中的速度为 真空中的光没有色散，上式既是光在真空中的相速，又是光在真空中的群速.现代公认的光在真空中速度最准确的值是： 真空中的光速是物理学中的基本常数之一，它是一切有质量的物体运动速度极限. 电磁波谱: 宇宙射线 ?射线 x射线 光波 微波 短波 中`波 长波 对数坐标 对数坐标 软x射线 真空紫外线 紫外光 可见光 近红外光 中红外光 远红外光 线性坐标系 紫 靛 蓝 绿 黄 橙 红 光 波 1. 折射率 光在介质中的速度为 2. 光波 的数学描述 真空中传播的电磁波方程为 定义光在介质中的折射率为 因此 有 光学材料是非铁磁质, 上两式的简谐解是 上式 是在三维空间传播的平面简谐波的表达式.式中 称为波矢 ， 它的大小k= 为波数， 也称为空间圆频率，k与波长?描述波的空间周期性 式中?=???，为时间圆频率，周期? 频率?描述了光波 的时间周期性 时间周期性与空间周期性，是波动的重要特征. 在光和物质的相互作用中，通常是电场起主要作用，因此，在光学中，通常把E矢量称为光矢量，把电振动称为光振动。 3. 定态光波场 （1） 波场中各点的光振动是同频率的简谐振动（频率与振源频率同）. （2） 波场中各点光振动 的振幅不随时间变化，在空间形成稳定的振幅分布. 严格的定态光波 场 对应无限长的波 列（单色光波）.实际光源发光，波列不是无限长.但是，只要光源原子发光持续时间比光振动周期大得多，都可以当作单色 光波来处理，其对应的波场，可视为定态光波场. 或 式中 称为复振幅．表示了相位的空间分布．复振幅同时包含了振幅和相位两个信息.模E0(P) 描述了振幅的空间分布，指数　　　　　则描述了相位的空间分布． 4. 复振幅 简谐波可以用复数表示. §2.3 光的强度 有电磁理论，电磁波的能流密度矢量（波印廷矢量）为 电磁波中E⊥H， 因此能流密度的瞬时值为 因为 故 我们检测光波的存在和强弱，是通过光和物质的相互作用．但是，任何检测器件都有一定的响应时间，都不能检测电磁波能流密度的瞬时值，只能检测其在响应时间内的平均值． 可见光振动周期T~10-14秒，人眼响应时间??~10-1秒，灵敏的光检测器响应时间??~10-9秒．　 因此我们定义光的强度（简称光强）为平均能流密度． 式中 代入上式得 不同介质中两光波相 比较， 由于许多场合下，我们只讨论光强的相对分布，因此令光强等于振幅的平方，即 上式中相位因子抵消，它不进入强度 I 的表达式． 上式定义的光强称为相对光强．用复振幅表示 同一种介质中两光波强度相比较， §2.4 光波的叠加原理 和相干叠加 1. 光波的线性叠加原理 2. 光波的干涉和相干条件 光波 的独立传播定律 当两列光波在空间相遇，它们的传播互不干扰，好象其他光波不存在一样，各自携带各自的信息（传播方向，振动方向，波长，周期等）独立行进. 光波的线性叠加原理 当两列波（或多列波）同时存在时，在他们的交叠区内，每点的光