大學(xué)物理-第十二章-波動(dòng)光學(xué)(已修改)
2025-08-16 15:36 本頁面
【正文】 第十二章 光學(xué) 光的干涉 光的衍射 光的偏振 光學(xué) 幾何光學(xué)： 研究光在透明介質(zhì)中傳播問題 波動(dòng)光學(xué)： 以光的波動(dòng)性為基礎(chǔ)， 研究光的傳播及其規(guī)律問題 量子光學(xué)： 以光的量子理論為基礎(chǔ)， 研究光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律 波動(dòng)光學(xué) 一 、 光是電磁波： 是頻率在一定范圍內(nèi)電磁波 （ 波長(zhǎng)在 400～ 760nm )， 是對(duì)人眼能產(chǎn)生視覺的電磁波 。電磁波是橫波 。 Z E u Y H X 引起視覺和化學(xué)效應(yīng)的是電磁波中的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量 E ，因此，常把 E 矢量稱為 “ 光矢量 ” 。 光的干涉 （ Interference of light） 167。 12. 2 光源 單色光 相干光 二、電磁波譜 電磁波：工業(yè)電 無線電波 微波 X射線 ?射線 宇宙射線 波長(zhǎng)： ~ 105 104 ~ 1 1 ~ 103 (m) 107 ~ 1013 3 108 ~ 1014 1014 (m) 103 m ~ 770 nm 760 ~ 400 nm 400 ~ 1 nm 紅外線 可見光 紫外線 4000197。 紫 7600197。 紅 400—— 450—— 500—— 550—— 600—— 650—— 760nm 紫 藍(lán) 綠 黃 橙 紅 ? = (E2E1)/h E1 E2 能級(jí)躍遷輻射 波列 波列長(zhǎng) L = ? c 1. 普通光源： 自發(fā)輻射 獨(dú)立 (不同原子發(fā)的光 ) 獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光 ) (?≈108 s) 三 . 光源 任何發(fā)光的物體都稱為光源。 光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子。 原子發(fā)光： 方向不定的振動(dòng) 瞬息萬變的初相位 此起彼伏的間歇振動(dòng) 2. 激光光源： 受激輻射 ? = (E2E1)/h E1 E2 ? ? ? 完全一樣 (頻率 , 相位 ,振動(dòng)方向 ,傳播方向 ) 二 . 單色光與復(fù)色光 1. 單色光： 具有單一頻率 （ 波長(zhǎng) ） 的光波 2. 復(fù)色光： 具有不同頻率 （ 波長(zhǎng) ） 的復(fù)合光 在原子中有許多能量狀態(tài) —— 能級(jí)，當(dāng)原子從不同的能級(jí)躍遷到基態(tài)時(shí)，能級(jí)差不同，輻射的電磁波的頻率也不同，相應(yīng)的波長(zhǎng)也不同。 ? Ei+1 ?Ei+1 Ei ?Ei 三 . 光的相干性 1. 兩列光波的疊加 (只討論 電振動(dòng) ) ??? ??? 2121 ,// EEE ??? 令光矢量，p 1 2 r1 r2 )c o s ( 1101 ?? ?? tEE)c o s ( 2202 ?? ?? tEEP: ?1 ?2 ? E0 E10 E20 )c o s (021 ?? ???? tEEEE ????????? c o s2 202222021020 EEEEE12 ??? ???嚴(yán)格的單色光是不存在的 —— 頻率范圍 表示波長(zhǎng)與強(qiáng)度關(guān)系的曲線 —— 光譜線 光譜線波長(zhǎng)范圍越窄 —— 光的單色性越好 ? 0 ? o I I0 I0 /2 ?? 譜線寬度 普通單色光 ?? : 102? 10 0A? 激光 ?? :108? 105 A? c o s 2 2121 ?????? IIIII? 非相干光源 0c o s ?? ? I = I 1+I 2— 非相干疊加 ? 完全 相干光源 ?? ??? c o sc o s▲ 相長(zhǎng)干涉 （ 明 ） ,2 ?? k???2121ma x 2 IIIIII ???? (k = 0,1,2,3?) ▲ 相消干涉 （ 暗 ） ,)12( ?? ???? k2121mi n 2 IIIIII ???? (k = 0,1,2,3? ) 如果兩束光： 頻率相同，振動(dòng)（光矢量）方向平行，相位差恒定 ，這兩束光稱為 相干光 ，合成后在空間形成強(qiáng)弱相間的穩(wěn)定分布 —— 相干疊加 。 p S * 分波面法 分振幅法 p 薄膜 S * 167。 雙縫干涉 一 . 雙縫干涉 p r1 ? ? r2 ? x x0 x I ?x x D d o 單色光入射 d λ ， D d 波程差： Dxdddrr ?????? ??? tgs i n12??? Dxd? ? ?212?????kk明紋 暗紋 ??3,2,1,03,2,1,0??kk明紋位置 ?dDkx ??暗紋位置 ? ?212?dDkx ???級(jí)明紋稱級(jí)明紋稱級(jí)中央明紋稱22,21,100,0210?????????????????dDxkdDxkxk??明暗紋中心的位置和級(jí)次： 相鄰兩明
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