1、第十四章第十四章 波动光学波动光学(北极光北极光 )前言前言光学：在物理中是一门古老的学科，也是当今物理科学中最光学：在物理中是一门古老的学科，也是当今物理科学中最前沿的科学之一。前沿的科学之一。光光学学几何几何光学光学(以光的直线传播为基础：光的独立传播定律、以光的直线传播为基础：光的独立传播定律、光的反射和折射定律光的反射和折射定律 )物理物理光学光学波动波动光学光学量子量子光学光学实验基础：光的干涉、衍射、偏振现象实验基础：光的干涉、衍射、偏振现象理论基础：麦克斯韦电磁场理论理论基础：麦克斯韦电磁场理论模模 型：电磁波型：电磁波涉及范围：光的传播及其规律涉及范围：光的传播及其规律实验基础
2、：光电效应、康普顿效应实验基础：光电效应、康普顿效应理论基础：量子论理论基础：量子论模模 型：光量子型：光量子涉及范围：光和物质的相互作用涉及范围：光和物质的相互作用几何光学几何光学 波动光学波动光学 量子光学量子光学世纪世纪 世纪世纪 世纪世纪14.1 光源光源 光的相干性光的相干性光波的描述光波的描述光波是一种电磁波光波是一种电磁波 (可见光是波长在可见光是波长在 的电磁波的电磁波 )光矢量；光矢量； 的振动叫做光振动；的振动叫做光振动； 光强光强 ：获得相干光的一般方法获得相干光的一般方法光源的最基本发光单元是分子、原子。光源的最基本发光单元是分子、原子。能级跃迁辐射能级跃迁辐射光束一般
3、由一段段的有限光束一般由一段段的有限长的彼此独立的波列组成长的彼此独立的波列组成波列波列波列长波列长(横波横波 )14.1 光源光源 光的相干性光的相干性普通光源普通光源 自发辐射自发辐射独立独立 (不同原子发的光不同原子发的光 )独立独立 (同一原子先后发的光同一原子先后发的光 )波列之间：相互独立、随机、间歇波列之间：相互独立、随机、间歇 非相干非相干激光光源激光光源 受激辐射受激辐射完全一样完全一样(振动方向、频率、相位、传播方向振动方向、频率、相位、传播方向 )相干光源相干光源诱发诱发光子光子全同全同光子光子14.1 光源光源 光的相干性光的相干性分波阵面法分波阵面法分振动面法分振动面
4、法分振幅法分振幅法杨氏干涉杨氏干涉薄膜干涉薄膜干涉偏振光干涉偏振光干涉分波阵面法分波阵面法 分振幅法分振幅法薄膜薄膜普通光源获得相干光的途径普通光源获得相干光的途径 (方法方法 )14.1 光源光源 光的相干性光的相干性则则 点的合振动：点的合振动：相干条件：频率相同、振动方向相同、相位差恒定相干条件：频率相同、振动方向相同、相位差恒定若若干涉相长干涉相长 (加强、明纹加强、明纹 )干涉相消干涉相消 (减弱、暗纹减弱、暗纹 )光的叠加性光的叠加性 相干条件相干条件设两列频率相同、振动方向相同的光波在设两列频率相同、振动方向相同的光波在 点相遇点相遇(干涉项干涉项 )光程光程 光程差光程差光从光
5、从 到到传播速度传播速度 波长波长 相位差相位差光在介质中传播时，其相位的变化，不但与传播的光在介质中传播时，其相位的变化，不但与传播的 几何路径几何路径 有关，而且还有关，而且还与与 介质的折射率介质的折射率 有关。有关。(为了便于计算为了便于计算 )在在 相位改变相同相位改变相同 的条件下，将光在介质中所走的路程，折算的条件下，将光在介质中所走的路程，折算为在真空中的路程。为在真空中的路程。介质中介质中真空中真空中14.2 光程光程 光程差光程差真空真空 真空真空介质介质光程：在相同时间内光程：在相同时间内 光在真空中所通过的路程。光在真空中所通过的路程。光程差：光程之差。光程差：光程之差
6、。 干涉加强：干涉加强： 干涉减弱：干涉减弱：14.2 光程光程 光程差光程差两列光波相干叠加时：两列光波相干叠加时： 若：若：14.3 杨氏双缝实验杨氏双缝实验实验现象实验现象杨氏干涉条纹杨氏干涉条纹点的光强取决于点的光强取决于取决于取决于如果一个三角形的两边与另一个角的两如果一个三角形的两边与另一个角的两 边互相垂直边互相垂直 ,那么这两个角相等那么这两个角相等 (或互补或互补 )14.3 杨氏双缝实验杨氏双缝实验明暗条纹的条件明暗条纹的条件明纹明纹暗纹暗纹明暗条纹的位置明暗条纹的位置明纹明纹暗纹暗纹相邻明相邻明 (暗暗 )条纹的距离条纹的距离 (等间距分布等间距分布 )时，中央明纹时，中央明纹 ( 级明纹级明纹 )条纹特点：一系列平行等间距的明暗相间的条纹。条纹特点：一系列平行等间距的明暗相间的条纹。
