第八章波动光学课件.ppt

1、光学是研究光学是研究 光的现象、光的本性光的现象、光的本性 和和 光与物质相互作用光与物质相互作用 的学科，的学科，是物理学的一个重要分科。是物理学的一个重要分科。人类对光的研究已有人类对光的研究已有3000余年的历史；余年的历史；20世纪世纪60年代激光问世后，光学有了飞速的发展，形成了现年代激光问世后，光学有了飞速的发展，形成了现代光学。代光学。光学通常分为以下三部分：光学通常分为以下三部分：几何光学几何光学：波动光学波动光学：研究光的电磁性质和传播规律研究光的电磁性质和传播规律，特别是干涉、，特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用。衍射、偏振的理论和应用。以光的直线传播规律为基础以光的直线传

2、播规律为基础，研究各种光学研究各种光学仪器的理论。仪器的理论。量子光学量子光学：以光的量子理论为基础，以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用研究光与物质相互作用的规律。的规律。The Realm of OpticsQUANTUM OPTICSELECTROMAGNETIC OPTICSWAVE OPTICSGEOMETRICAL OPTICS北极光北极光丰富多彩的干涉现象丰富多彩的干涉现象水膜在白光下水膜在白光下白光下的肥皂膜白光下的肥皂膜蝉翅在阳光下蝉翅在阳光下蜻蜓翅膀在阳光下蜻蜓翅膀在阳光下白光下的油膜白光下的油膜肥皂泡玩过吗肥皂泡玩过吗?等倾条纹等倾条纹牛顿环牛顿环(等厚条纹等厚条纹

3、)测油膜厚度测油膜厚度平晶间空气隙干涉条纹平晶间空气隙干涉条纹一一.电磁波电磁波uEH1 1.电磁波的产生电磁波的产生 凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源例如：天线中的振荡电流例如：天线中的振荡电流分子或原子中电荷的振动分子或原子中电荷的振动2.对电磁波对电磁波)(cos0urtEE)(cos0urtHH平面简谐电磁波的性质平面简谐电磁波的性质(1)(2)电磁波是电磁波是横波横波的描述（平面简谐波）的描述（平面简谐波）H,EEH和和传播速度相同、传播速度相同、相位相同相位相同u/HEOxyzHE(3)量值上量值上(4)波速波速1u1800sm10997921.

4、c(5)电磁波具有波的共性电磁波具有波的共性 在介质分界面处有反射和折射在介质分界面处有反射和折射ucn 00rrr221Ew3.电磁波的能量密度电磁波的能量密度真空中真空中折射率折射率221H能流密度能流密度dAuSuwtAwtuASdddd1)21(2122HE HEEHHES波的强度波的强度 ITtttSTSSId1TttturtHET)d(cos12002021E结论结论：I 正比于正比于 E02 或或 H02,通常用其相对强度通常用其相对强度2021EI tud坡印亭矢量坡印亭矢量表示表示（坡印亭矢量坡印亭矢量）S二二.光是电磁波光是电磁波光色光色 波长波长(nm)频率频率(Hz)中

5、心波长中心波长(nm)红红 760622 660 橙橙 622597 610 黄黄 597577 570 绿绿 577492 540 青青 492470 480 兰兰 470455 460 紫紫 455400 430 141410841093.141410051084.141410451005.141410161045.141410461016.141410661046.141410571066.可见光七彩颜色的波长和频率范围可见光七彩颜色的波长和频率范围常用单色光源三三.光源：能发射光波的物体。光源：能发射光波的物体。(1)热辐射热辐射 (2)电致发光电致发光 (3)光致发光光致发光 (4)

6、化学发光化学发光 能级跃迁能级跃迁波列波列波列长波列长 L=c自自发发辐辐射射非相干非相干(不同原子发的光不同原子发的光)非相干非相干(同一原子先后发的光同一原子先后发的光).(5)同步辐射光源同步辐射光源 (6)激光光源激光光源 受受激激辐辐射射自发辐射自发辐射E E2 2E E1 1h/EE12四、光波的叠加四、光波的叠加1、光波与机械波的区别、光波与机械波的区别(1)、光波是一种波动，它与机械波有相似之处，所以描述波动规律的惠更斯原理，波的叠加和干涉等基本原理对光波同样也适用。(2)、与其它波动相比，光波又有其个性，有它自己的特殊规律：如光波是由空间电磁场之间相互激励形成的，不像机械波那

7、样依赖媒质的弹性。又如，光波的振动是指空间各点电场强度和磁场强度随时间作周期变化，不像机械波那样指质点离开平衡位置的位移作周期性变化等。(3)、光波是一种电磁波，由于电磁波中各点电场强度和磁场强度的大小和方向之间有确定的关系，而引起视觉反应的主要是电场强度所以我们把电场强度矢量定义为光波中各点的光矢量。由于电磁场中各点的辐射强度（在这里表现为光的亮度），与电场强度的平方成正比，因此在以后讨论中，一般用“亮”“暗”来说明光波干涉现象的规律。波列波列波列长波列长 L=c非相干非相干(不同原子发的光不同原子发的光)非相干非相干(同一原子先后发的光同一原子先后发的光).2、两独立的光源产生的光波不能相干、两独立的光源产生的光波不能相干一个原子两次发光随机不相干一个原子两次发光随机不相干(1)(1)、分子原子发光的独立性、分子原子发光的独立性两个原子同时发光也不相干两个原子同时发光也不相干(2)(2)、发光的断续性、发光的断续性由上分析可知：(1)、两独立光源发生的光波不可能满足相干条件；(2)、同一光源上不同的分子原子发光是独立的发出的光波不可能满足相干条件。同一分子原子在不同时刻发出的波列也不能为相干的波。