1、光光 學(xué)學(xué) 概概 述述一一.光的機(jī)械微粒學(xué)說光的機(jī)械微粒學(xué)說(17世紀(jì)世紀(jì)-18世紀(jì)末世紀(jì)末)代表：牛頓代表：牛頓對立面：惠更斯對立面：惠更斯-波動(dòng)說波動(dòng)說分歧的焦點(diǎn)：分歧的焦點(diǎn)：光在水中的速度光在水中的速度vv 水水空空氣氣vv 水水空空氣氣1850年佛科（年佛科（Foucauld）測定）測定vv 水水空空氣氣微粒說開始瓦解微粒說開始瓦解二二.光的機(jī)械波動(dòng)說光的機(jī)械波動(dòng)說(19世紀(jì)初世紀(jì)初-后半世紀(jì)后半世紀(jì))二二.光的機(jī)械波動(dòng)說（光的機(jī)械波動(dòng)說（19世紀(jì)初世紀(jì)初-后半世紀(jì)）后半世紀(jì)） 英國人托馬斯英國人托馬斯.楊楊(T.Young)和法國人菲涅爾和法國人菲涅爾(A.T.Fresnel)通過干

2、涉、衍射、偏振等實(shí)驗(yàn)證明通過干涉、衍射、偏振等實(shí)驗(yàn)證明了光的波動(dòng)性及光的橫波性。了光的波動(dòng)性及光的橫波性。性質(zhì)：彈性機(jī)械波，在機(jī)械以太中傳播。性質(zhì)：彈性機(jī)械波，在機(jī)械以太中傳播。三三.光的電磁說（光的電磁說（19世紀(jì)的后半期世紀(jì)的后半期-）19世紀(jì)后半期世紀(jì)后半期Maxwell建立電磁理論，提出了建立電磁理論，提出了光的電磁性，光的電磁性，1887年赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)。年赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)。性質(zhì)：電磁波在電磁以太中傳播性質(zhì)：電磁波在電磁以太中傳播四四.光的量子說（光的量子說（20世紀(jì)初世紀(jì)初-） 電磁波動(dòng)說在解釋電磁波動(dòng)說在解釋“熱幅射熱幅射”及及“光電效應(yīng)光電效應(yīng)”等實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到困難。等實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到困難

3、。 1900年普朗克提出了年普朗克提出了“熱幅射量子理論熱幅射量子理論”，愛，愛因斯坦提出了光子理論，將光看成一束粒子流因斯坦提出了光子理論，將光看成一束粒子流與電磁波動(dòng)說相抗衡與電磁波動(dòng)說相抗衡 二者各自統(tǒng)治著自已的領(lǐng)域二者各自統(tǒng)治著自已的領(lǐng)域。 1924年法國人德布羅意年法國人德布羅意(De.Broglie)大膽提出大膽提出了了“物質(zhì)波物質(zhì)波”的概念，爾后薛定諤、海森伯等的概念，爾后薛定諤、海森伯等人創(chuàng)建了量子力學(xué)，又將二者統(tǒng)一起來。人創(chuàng)建了量子力學(xué)，又將二者統(tǒng)一起來。 光光是一個(gè)是一個(gè)復(fù)雜的客體復(fù)雜的客體，它的本性只能通過它的它的本性只能通過它的表現(xiàn)來確定。它的某些方面象波而另一方面象表

4、現(xiàn)來確定。它的某些方面象波而另一方面象微粒（微粒（波粒二象性波粒二象性）。但它既不是經(jīng)典的波，）。但它既不是經(jīng)典的波，也不是經(jīng)典的微粒，也不是二者的混合體。也不是經(jīng)典的微粒，也不是二者的混合體。“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”分類：分類：1）幾何光學(xué)）幾何光學(xué)-研究光的直線傳播及光學(xué)儀器的研究光的直線傳播及光學(xué)儀器的 制造；制造；2）波動(dòng)光學(xué)）波動(dòng)光學(xué)-研究光的波動(dòng)性；研究光的波動(dòng)性；3）量子光學(xué)）量子光學(xué)-研究光與物質(zhì)的相互作用。研究光與物質(zhì)的相互作用。 從從20世紀(jì)世紀(jì)50年代起，出現(xiàn)了年代起，出現(xiàn)了“相干光學(xué)相干光學(xué)”、“纖維光學(xué)纖維光學(xué)”、“全息光學(xué)與全

5、息技術(shù)全息光學(xué)與全息技術(shù)”.它是既年輕又古老的科學(xué)，也是現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)它是既年輕又古老的科學(xué)，也是現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)光學(xué)的發(fā)展仍可用光學(xué)的發(fā)展仍可用“方興未方興未艾艾，前途無量，前途無量”來形來形容容 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 波的干涉波的干涉1. 相干條件相干條件 同頻率、同振動(dòng)方向、相位差恒定同頻率、同振動(dòng)方向、相位差恒定2. 相長與相消干涉條件相長與相消干涉條件 加強(qiáng)加強(qiáng) 2k (21)k 減弱減弱 第第14章章 光的干涉光的干涉14.1 14.1 相干光及其獲得相干光及其獲得 14.2 14.2 光程光程 光程差光程差14.3 14.3 分割波面法產(chǎn)生的光的干涉分割波面法產(chǎn)生的光的干涉 14.4 14.4

6、 分割振幅法產(chǎn)生的光的干涉分割振幅法產(chǎn)生的光的干涉 14.5 14.5 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀 * * 14.6 14.6 干涉條紋的可見度干涉條紋的可見度 時(shí)間相干性與空間相干性時(shí)間相干性與空間相干性 14.1 相干光及其獲得相干光及其獲得一一. .光矢量、光強(qiáng)度光矢量、光強(qiáng)度二二. .光源、熱光源的特點(diǎn)光源、熱光源的特點(diǎn)三三. .光波的疊加光波的疊加E 相干疊加與非相干疊加相干疊加與非相干疊加四四. .相干光：相干光： 同頻率、同振動(dòng)方向、相位差恒定同頻率、同振動(dòng)方向、相位差恒定 五五. .相干光的獲得相干光的獲得 1)1)分波陣面法分波陣面法 2)2)分振幅法分振幅法20IE 14

7、.2 光程光程 光程差光程差 一一. .問題的提出問題的提出二二. .光程光程三三. .干涉加強(qiáng)與干涉減弱的條件干涉加強(qiáng)與干涉減弱的條件四四. .透鏡的等光程性透鏡的等光程性 在光路中引入透鏡不產(chǎn)生附加的光程差在光路中引入透鏡不產(chǎn)生附加的光程差 k 明明 (1,2,)k 2k 明明(21)k 暗暗(21)2k 暗暗iin r 14.3 分割波面法產(chǎn)生的光的干涉分割波面法產(chǎn)生的光的干涉一一. .楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉 明暗紋位置明暗紋位置二二. . 菲涅爾雙面鏡菲涅爾雙面鏡三三. . 洛埃鏡實(shí)驗(yàn)洛埃鏡實(shí)驗(yàn)1S2S1r2r xPOD2a0,1,22(21)1,2,(4DkkaxDkka ( (明

8、)明)暗)暗)/(2 )xDa 干涉條紋的間距干涉條紋的間距例例1：雙縫干涉中，雙縫間距：雙縫干涉中，雙縫間距d=0.5mm，雙縫至雙縫至屏的距離為屏的距離為 D=25cm，若光源是由，若光源是由波長波長 為為400nm 和和600nm 的兩種單色光組成，則：的兩種單色光組成，則：1.干涉條紋間距分別為多少？干涉條紋間距分別為多少？2.距中央明紋多遠(yuǎn)處兩種光線的亮紋第一次重距中央明紋多遠(yuǎn)處兩種光線的亮紋第一次重合，各為第幾級？合，各為第幾級？ Dxd 解：解：1.2. 第一次第一次 重合重合2211kk 12kk、無公約數(shù)無公約數(shù)例例2：雙縫干涉中，入射光波長為：雙縫干涉中，入射光波長為 ，雙縫至屏，雙縫至屏的距離為的距離為D，在一縫后放一厚為，在一縫后放一厚為b的透明薄膜，的透明薄膜，此時(shí)中央明紋處仍為明紋，求該明紋的干涉級此時(shí)中央明紋處仍為明紋，求該明紋的干涉級(1)nkb nbb 解：解：(1)nb k S1S2dDXOPx1r2rnbO例例3 3：在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)作如下調(diào)節(jié)時(shí)，觀察屏當(dāng)作如下調(diào)節(jié)時(shí)，觀察屏上的干涉條紋將如何變化上的干涉條紋將如何變化并說明理由并說明理由 1).1).2a 不變，不變，D 減??；減小； 2).2).單色光源單色光源S 變成復(fù)色縫光源變成復(fù)色縫