1、概述：人們對(duì)光的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)否定之否定 過程,1、光的機(jī)械微粒學(xué)說（17世紀(jì)-18世紀(jì)末）,代表：牛頓,對(duì)立面：惠更斯-波動(dòng)說,分歧的焦點(diǎn)：光在水中的速度,1850年佛科（Foucauld）測(cè)定,微粒說開始瓦解,2、光的機(jī)械波動(dòng)說（19世紀(jì)初-后半世紀(jì)）,2、光的機(jī)械波動(dòng)說（19世紀(jì)初-后半世紀(jì)）,英國人楊（T.uoung)和法國人菲涅爾(A.T.Fresnel) 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。,性質(zhì)：彈性機(jī)械波，在機(jī)械以太中傳播。,3、光的電磁說（19世紀(jì)的后半期-）,19世紀(jì)后半期Maxwell建立電磁理論，提出了 光的電磁性，1887年赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)。,性質(zhì)

2、：電磁波在電磁以太中傳播,4、光的量子說（20世紀(jì)初-）,電磁波動(dòng)說在解釋“熱輻射實(shí)驗(yàn)”及“光電效應(yīng)”等 實(shí)驗(yàn)遇到困難。,1900年普朗克提出了“熱輻射量子理論”愛因斯坦 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。二者各自統(tǒng)治著自己的領(lǐng)域。,1924年法國人德布羅意（De.Broglie)大膽地提 出了“物質(zhì)波”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。,光是一個(gè)復(fù)雜性的客體，它的本性只能通過 它所表現(xiàn)的性質(zhì)來確定，它的某些方面象波而另 一方面象微粒（波粒二象性）。但它既不是波， 也不是微粒，也不是二者的混合體。,但從20 世紀(jì)50年代起光學(xué)的發(fā)展仍是“

3、方興未 艾，前途無限”付里葉光學(xué)更新經(jīng)典光學(xué)。,出現(xiàn)了“相干光學(xué)”、“纖維光學(xué)”、“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)。,分類：,1、幾何光學(xué)：研究光的直線傳播及光學(xué)儀器的 制造；,2、波動(dòng)光學(xué)：研究光的波動(dòng)性；,3、量子光學(xué)：研究光與物質(zhì)的相互作用。,一、光矢量、光強(qiáng)度,可見光波長：,1)人眼對(duì)于顏色的感覺是由光波的頻率決定的。,2）引起眼睛視覺效應(yīng)和光 化學(xué)效應(yīng)的是光波場(chǎng)中 的電場(chǎng)。,定義：光矢量 ：光振動(dòng)中的電矢量,光振動(dòng)：電矢量周期性的變化。,3）人眼及物理儀器檢測(cè)光的強(qiáng)度是由光的能流 密度決定的。,二、光源、熱光源發(fā)光的特點(diǎn),1、光源：發(fā)光的物體,2

4、、分類：,A）普通光源,-由自發(fā)輻射發(fā)出的光。,冷光源：,A）普通 光源,電致發(fā)光-電場(chǎng)激發(fā)；,光致發(fā)光-由X射線、放射線、 、可見光激發(fā)；,化學(xué)發(fā)光-由化學(xué)能激發(fā)（螢火蟲）,熱光源-由熱能激發(fā),B）激光光源,激光器,Laser,由受激輻射產(chǎn)生的光,3、普通光源發(fā)光的特點(diǎn),在同一時(shí)間有大批原子發(fā)光；（不是全部）,就單個(gè)原子而言，每個(gè)原子都是斷斷續(xù)續(xù)發(fā) 光，每次發(fā)光時(shí)間極短（10-8s）且一次只能 發(fā)出一個(gè)有限長具有偏振性的的波列。,同一原子先后發(fā)出的光及同一瞬間不同原子 發(fā)出的光的頻率、振動(dòng)方向、初相位、發(fā)光 的時(shí)間均是隨機(jī)的。,結(jié)論：一般而言熱光源及普通光源發(fā)出的光為非 相干光。且同一光源上

5、不同點(diǎn)發(fā)出的光也 是非相干光。若要產(chǎn)生干涉須將非相干光 變?yōu)橄喔晒?。激光光源為相干光源?將非相干光變?yōu)橄喔晒獾脑瓌t是：,“同出一源，分之為二”,三、光波的疊加,討論同方向、同頻率的光的疊加,P,設(shè)：,P點(diǎn)的光強(qiáng)度：,P點(diǎn)的合振幅,P點(diǎn)的光強(qiáng)度：,P點(diǎn)的合振幅,因原子每次發(fā)光時(shí)間只有10-8秒，每對(duì)光波列疊 加的時(shí)間極短，而人眼的“響應(yīng)時(shí)間”,1、非相干疊加,不能保持恒定的光波的疊加,非相干疊加時(shí)的光強(qiáng)度等于疊加的兩光波的強(qiáng)度 之和。,2、相干疊加,保持恒定的光波的疊加,2、相干疊加,保持恒定的光波的疊加,縱截面圖,縱截面圖,2、相干疊加,保持恒定的光波的疊加,討論：,若：,可見：,21.2

6、光程和光程差,1、介質(zhì)中光的速度與波長,光在媒質(zhì)中的速度：,光在媒質(zhì)中的波長,光在媒質(zhì)中傳播時(shí)波 長變短了，為真空中波 長的n分之一。,結(jié)論：,這將帶來什么問題呢？,一般而言：當(dāng)波傳播距離r時(shí)，r處的質(zhì)點(diǎn)相位 落后,與波長有關(guān)。,若光波分別在真 空和介質(zhì)中傳播,r1=r2,P,介質(zhì),真空,2、光程,若兩相干光波在真 空中傳播,若兩相干光波分別在介質(zhì)“1”和介質(zhì)“2”中傳播,光程=折射率幾何路程 = n r,定義：,當(dāng)光在幾種媒質(zhì)中傳播時(shí),則前面所述情況：,一般言之：,光程的意義：,兩相干光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，光程相同 則：光振動(dòng)落后光源的相位相同；,P1點(diǎn)落后S1的相位：,P2點(diǎn)落后S2的相位

7、：,若：,P1、P2點(diǎn)落后S1、S2的相位相同,若兩相干光的光程相同時(shí)，則傳播的時(shí)間相同。,n1介質(zhì) 中傳播的時(shí)間：,若：,n2介質(zhì) 中傳播的時(shí)間：,即傳播的時(shí)間相同。,五、光干涉時(shí)加強(qiáng)與減弱的條件,由波的干涉條件：,加強(qiáng)（明紋）,其它值,最強(qiáng)最弱之間,減弱（暗紋）,由波的干涉 條件：,加強(qiáng)（明紋）,其它值,最強(qiáng)最弱之間,減弱（暗紋）,若：,為真空中的波長,六、關(guān)于薄透鏡的等光程性,P,Q,一點(diǎn)光源P發(fā)出的光經(jīng)薄透鏡匯聚于Q點(diǎn),這事實(shí)說明：,在薄透鏡的光路中，由P點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)透 鏡聚焦于Q點(diǎn)，則這些光線的光程是相等的。 （幾何路徑不相等）,當(dāng)P點(diǎn)移至無限遠(yuǎn),焦 點(diǎn),焦 平 面,七、相干光的獲

8、得,剖面圖,楊氏干涉,1、分波陣面法,縱截面圖,屏,雙縫,單 縫,七、相干光的獲得,2、分振幅法,等傾干涉,1、分波陣面法,P,薄膜,S,P,透 鏡,剖面圖,透 鏡,一、楊氏雙縫干涉,1、實(shí)驗(yàn)裝置及現(xiàn)象,單 縫,雙 縫,屏,若為白色光入射,剖面圖,雙 縫,單 縫,屏,2、定量分析,若：n1,P,2、定量分析,作輔助線S1Cr2,由光的干涉條件,明紋,暗紋,明暗紋位置：,（明紋）,（暗紋）,討論：,1）對(duì)應(yīng)不同的k值，將有一對(duì)明或暗紋出現(xiàn)在中 央明紋兩側(cè)，k稱之為干涉級(jí)。,2）楊氏干涉的條紋是等間距的，且S1、S2間距越 大，條紋越密。,=常數(shù),以明紋為例,3）條紋間的間距與波長成正比，波長越小，干 涉條紋越密，波長越長，間距越稀。,若為白光入射，條紋兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋，干涉級(jí) 高的條紋重疊。,若為白光入射，條紋兩側(cè) 出現(xiàn)彩色條紋。,二、菲涅爾雙面鏡,可以證明：,M1 M2為夾角為 平面反射鏡,實(shí)際上，嚴(yán)格的單色光源是沒 有的，總有一定的波長范圍。,干涉級(jí)高的 條紋重疊,I,譜線寬度,I,X,高 干 涉 級(jí) 的 條 紋 看 不 清 了,三、洛埃鏡實(shí)驗(yàn),平面反射鏡,此處總為暗紋， 說明反射光產(chǎn)生 了半波損失！,（明紋）,（暗紋）,什么條件下發(fā)生反射光半波損失?,特例：光是正入射（i=0）， 或掠入射（i=90o）,n1