大學物理課件：第12章 光學1

1、第十二章: 光 學1、光學的任務： 研究光的性質、傳播及它與其他物質作用規(guī)律的學科。2、光的本性 光是電磁波，具有波動和粒子的兩重性質，稱為波粒二象性。粒子性（牛頓微粒說）波動性（惠更斯波動說）反射、折射反射、折射、干涉、衍射波粒二象性3、分類 幾何光學、波動光學、量子光學。幾何光學： 以光的直線傳播為基礎，研究光在透明介質中的傳播問題。 （光的直線傳播定律；光的獨立傳播定律；光的折射和反射定律）3、分類 幾何光學、波動光學、量子光學。波動光學： 以光的波動性為基礎，研究光的傳播及其規(guī)律。 （干涉；衍射；偏振）3、分類 幾何光學、波動光學、量子光學。量子光學： 以光和物質相互作用時所顯示出的粒

2、子性為基礎，來研究光的一系列規(guī)律。光學一章以前一章所學的波動規(guī)律為基礎，討論光的干涉、衍射、偏振12.2 光源 單色光 相干光一、光源發(fā)光的物體稱為光源。兩大類光源：普通光源激光光源1、自發(fā)輻射普通光源的發(fā)光機理 = (E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射波列波列長 L = c是波列持續(xù)時間。獨立（同一原子不同時刻發(fā)的光）獨立 （不同原子同一時刻發(fā)的光）2、特點： 間歇性：每個原子或分子發(fā)光都是斷斷續(xù)續(xù)的。發(fā)出的是一定長度,振動方向一定的光波，稱為光波列。 隨機性：發(fā)出的各光波列彼此毫無聯(lián)系，振動方向和初相位毫不牽連。 特點：振動方向相同、頻率相同.激光光源（受激輻射）E1E2完全一樣(頻率、

3、位相、 振動方向,傳播方向) = (E2-E1)/h熱光源： 利用熱能激發(fā)，為熱輻射。 （如白熾燈、弧光燈等）電致發(fā)光：由電能直接轉換為光能。 （氣體放電管、半導體發(fā)光二極管）光致發(fā)光：由光激發(fā)所引起的發(fā)光。 （如日光燈）化學發(fā)光：由化學反應而引起的發(fā)光。 （如螢火蟲）普通光源二、單色光具有單一頻率的光波稱為單色光.普通單色光源：激光：三、相干光相干光：能產生干涉現(xiàn)象的光相干光源：能產生相干光的光源相干條件：頻率相同，振動方向相同，有恒定的位相差。兩獨立普通光源發(fā)出的光不可能產生干涉四、相干光的獲得方法兩個獨立的普通光源很難滿足相干條件。直到19世紀初，采用特殊裝置獲得相干光： 分波陣面法和分

4、振幅法?，F(xiàn)在， 利用高度相干性的激光作為相干光源。五、光程兩列相干波的位相差一般可表示為：如果兩束光在兩種不同媒質中傳播：則位相差為：光程的物理意義 光程是光在媒質中通過的路程折合到同一時間內在真空中通過的相應路程。光程：干涉條紋的一般條件干涉條紋的一般條件： 對光干涉起決定作用的不是這兩束光的幾何路程之差，而是兩者的光程差。結論等光程性平行光經透鏡會聚時的等光程性 使用透鏡只能改變光波的傳播情況，但對物、像間各光線不會引起附加的光程差反射光的相位突變和附加光程差若兩界面光線一個由光疏 光密而反射，有附加光程差另一個由光密 光疏而反射，無附加光程差有附加相位差和附加光程差12.3 楊氏雙縫干涉

5、 英國醫(yī)生兼物理學家托馬斯.楊（T.Young），在1801年首先成功地進行了光的干涉實驗，這是最早從單一光源產生相干光的方法分波陣面法。楊氏雙縫干涉圖托馬斯 楊一般要求：Dd, Dx波陣面分割 相干光故有明紋 暗紋 條紋間距k為條紋級次 （1）平行的明暗相間條紋 （3）中間級次低（4）條紋特點：（2）條紋等間距xI0 x+1x+2x-1x-2例12-1 在楊氏雙縫實驗中，屏與雙縫間的距離 D =1m，用鈉光燈作單色光源（ =598.3 nm），問：（1） d =2 mm 和 d =10 mm兩種情況下，相鄰明紋間距各為多大？（2）如肉眼僅能分辨兩條紋的間距為0.15 mm，現(xiàn)用肉眼觀察干涉條紋，問雙縫的最大間距是多少？解：（1）相鄰兩明紋間的距離為d =2 mm時， d =10 mm時， （2）如x =0.15 mm，則在這樣的條件下，雙縫間距必須小于4 mm才能看到干涉條紋。例12-2 一雙縫裝置的一個縫為折射率 1.40 的薄玻璃片遮蓋，另一個縫為折射率 1.70 的薄玻璃片遮蓋，在玻璃片插入以后，屏上原來的中央極大所在點，現(xiàn)在為原來的第五級明紋所占據(jù)。假定= 480 n