【正文】 的光程差。對(duì)薄膜來(lái)說(shuō)，AB的長(zhǎng)度比光源S到薄膜的距離小得很多，因此∠BSA非常小，可以認(rèn)為SA和SB是相互平行的。作AD⊥SB，可以認(rèn)為SA=SD，也就是說(shuō)從S發(fā)出的這兩條光線分別到達(dá)A點(diǎn)和D點(diǎn)時(shí)，光程是相等的。從圖中可以看出，光線a在薄膜（折射率為n2）中經(jīng)歷路程ACB到達(dá)B點(diǎn)，而光線b在原媒質(zhì)（折射率n1＜n2）中經(jīng)歷路程DB而在B點(diǎn)反射。所以這兩光線之間的光程差的，而光線a在c處是在光疏媒質(zhì)面上反射的，兩者之間有了附加的半波長(zhǎng)光程差的緣故，從圖上可以看出式中e為薄膜厚度，r為折射角。根據(jù)折射定律n1sini=n2sinr，因此于是，干涉條件是（e到處一樣）來(lái)說(shuō)，光程差是隨光線的傾角（指入射角i）而改變的。如果用發(fā)散的單色光線束照射在厚度均勻的平面薄膜上，相當(dāng)于每一入射角i都有一束平行光入射，那么，具有同一傾角的一切光線將有同一光程差。這樣，不同的干涉明條紋和暗條紋，相應(yīng)地具有不同的傾角，而同一干涉條紋上的各點(diǎn)都具有同一的傾角，因此這種干涉條紋叫做等傾干涉條紋。對(duì)于透射光來(lái)說(shuō)，也有干涉現(xiàn)象。這時(shí)，光線b，是由光線b直接透射而來(lái)的，而光線a2是由光線a折入薄膜后在C點(diǎn)和B點(diǎn)處經(jīng)兩次連續(xù)反射后再透射出來(lái)的，這兩次反射均在光疏媒質(zhì)面上發(fā)生，所以不存在反射時(shí)的半波損失，因此，這兩束透射的相干光的光程差是由此可見(jiàn)當(dāng)反射光相互加強(qiáng)時(shí)，透射光將相互減弱；當(dāng)反射光相互減弱時(shí)，透射光將相互加強(qiáng)?！竟獬獭抗庠诿劫|(zhì)中通過(guò)的路程和該媒質(zhì)折射率的乘積。例如，在折射率為n的介質(zhì)中，光行進(jìn)一距離d，光程即為乘積nd，由n的物理意義可知，光在該介質(zhì)中行經(jīng)距離d所需的時(shí)間，與光在真空中行經(jīng)nd距離所需的時(shí)間相等。這是因?yàn)?，媒質(zhì)的折射率等于真空中的光速和媒質(zhì)中的光速之比，所以光程也就是在相同的時(shí)間內(nèi)光在真空中通過(guò)的路程。顯然，當(dāng)光在折射率為nn…的各介質(zhì)中行程各為dd2…，則光程為d=n1d1+n2d2+…=Σnidi【牛頓環(huán)】又稱“牛頓圈”。光的一種干涉圖樣，是一些明暗相間的同心圓環(huán)。例如用一個(gè)曲率半徑很大的凸透鏡的凸面和一平面玻璃接觸，在日光下或用白光照射時(shí)，可以看到接處點(diǎn)為一暗點(diǎn)，其周圍為一些明暗相間的彩色圓環(huán)；而用單色光照射時(shí)，則表現(xiàn)為一些明暗相間的單色圓圈。這些圓圈的距離不等，隨離中心點(diǎn)的距離的增加而逐漸變窄。它們是由球面上和平面上反射的光線相互干涉而形成的干涉條紋。在加工光學(xué)元件時(shí)，廣泛采用牛頓環(huán)的原理來(lái)檢查平面或曲面的面型準(zhǔn)確度。圖428為牛頓環(huán)的示意圖，B為底下的平面玻璃，A為平凸透鏡，其與平面玻璃的接觸點(diǎn)為O，在O點(diǎn)的四周則是平面玻璃與凸透鏡所夾的空氣氣隙。當(dāng)平行單色光垂直入射于凸透鏡的平表面時(shí)。在空氣氣隙的上下兩表面所引起的反射光線形成相干光。如圖中所示。光線在氣隙上下表面反射（一是在光疏媒質(zhì)面上反射，一是在光密媒質(zhì)面上反射）。形成兩相干光線，這兩光線之間的光程差是所以現(xiàn)在我們求與O相距r處的空氣層厚度e，由圖中的直角三角形得r2＝R2（Re）2=2Ree因R＞＞e，所以e2＜＜2Re，可將e2從式中略去，于是上式說(shuō)明e與r2成正比，所以離開中心愈遠(yuǎn)，光程差增加愈快，所【半波損失】光在被反射過(guò)程中，如果反射光在離開反射點(diǎn)時(shí)的振動(dòng)方向?qū)θ肷涔獾竭_(dá)入射點(diǎn)時(shí)的振動(dòng)方向恰好相反，這種現(xiàn)象叫做半波損失。從波動(dòng)理論知道，波的振動(dòng)方向相反相當(dāng)于波多走（或少走）了半個(gè)波長(zhǎng)的光程。入射光在光疏媒質(zhì)中前進(jìn)，遇到光密媒質(zhì)界面時(shí)，在程中產(chǎn)生半波損失，這只是對(duì)光的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的振動(dòng)而言。如果入射光在光密媒質(zhì)中前進(jìn)，遇到光疏媒質(zhì)的界面時(shí)，不產(chǎn)生半波損失。不論是掠射或垂直入射，折射光的振動(dòng)方向相對(duì)于入射光的振動(dòng)方向，永遠(yuǎn)不發(fā)生半波損失?！救⒄障唷恳环N記錄被攝物體反射（或透射）光波中全部信息（振幅、相位）的新型照相技術(shù)。普通的照相利用透鏡成像原理，在感光膠片上記錄反映被攝物體表面光強(qiáng)變化的平面像。全息照相不單是記錄了被攝物體的反射光波強(qiáng)度（振幅），而且還記錄了反射光波的位相。通過(guò)一束參考光束和一束被攝物體上的反射光束在感光膠片上迭加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，可以實(shí)現(xiàn)上述的目的。參考光束與反射光束都是從一束相干性極好的激光束分離出來(lái)的。感光膠片上記錄的干涉圖樣極為錯(cuò)綜復(fù)雜，這樣的圖樣稱為全息圖。由全息圖看不出原來(lái)被攝物體的表觀圖像，但是當(dāng)再用一束激光（或單色光）照射這全息圖時(shí)，可以透過(guò)全息圖而看到原物體的具有立體感的形像。這是因?yàn)楣馐?jīng)過(guò)全息圖后又模擬出與原來(lái)物體相同的反射光波，這種重構(gòu)光波狀態(tài)的效應(yīng)稱為波前重建。全息照相在訊息記錄、形變計(jì)量等方面有較多的應(yīng)用?！竟獾难苌洹抗饫@過(guò)障礙物偏離直線傳播而進(jìn)入幾何陰影，并在屏幕上出現(xiàn)光強(qiáng)不均勻分布的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象也體現(xiàn)了光的波動(dòng)特征。光的衍射現(xiàn)象是光的波動(dòng)性的最直接，最有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。牛頓的微粒模型難以說(shuō)明光繞過(guò)障礙物時(shí)發(fā)生的彎曲現(xiàn)象，衍射現(xiàn)象只能用波動(dòng)說(shuō)解釋。根據(jù)惠更斯一菲涅耳原理，不僅可以對(duì)光繞過(guò)障礙物邊緣偏離直線傳播的現(xiàn)象作一般性的解釋，而且能定量分析衍射圖樣的發(fā)光強(qiáng)度分布。光屏上任意一點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度可根據(jù)次波迭加推算出來(lái)。因此光的衍射現(xiàn)象是光的波動(dòng)性的最直接、最有力的證據(jù)。如圖429所示，K是一可以調(diào)節(jié)的狹縫。從光源S發(fā)出的光線，穿過(guò)K后，在屏幕E上呈現(xiàn)光斑ab。在S、K、E三者的位置已經(jīng)固定的情形下，ab的寬度是由縫的寬度決定的。當(dāng)狹縫從一定的寬度逐漸縮小時(shí)，穿過(guò)縫的光束也逐漸變窄，在屏幕E上的光斑ab隨之變窄，但是當(dāng)縫K縮小到一定程度時(shí)，屏幕上的光斑不僅不變窄，反而增寬，如圖中a′b′所示。而且光斑的全部亮度也將發(fā)生變化，由原來(lái)的均勻分布變成一系列明暗條紋。光斑的邊緣也將失去明顯的界限，變得模糊不清。應(yīng)當(dāng)指出。在圖429中所示的衍射實(shí)驗(yàn)裝置中，狹縫距光源和屏幕都很近，所以入射光和衍射光均是非平行光束。在光學(xué)中，通常把入射光或衍射光不是平行束的衍射，稱為菲涅耳衍射。圖429所示的單縫衍射情況就是一種菲涅耳衍射。在另一些裝置中，如果入射光和衍射光都是平行光束，那末，這種衍射稱為夫瑯和費(fèi)衍射。顯然，觀察這種繞射現(xiàn)象需要利用透鏡。【單縫衍射】單縫衍射的實(shí)驗(yàn)裝置（夫瑯和費(fèi)單縫衍射）如圖430所示。光源S放在透鏡L1的主焦面上，因此通過(guò)透鏡L1后的光線是一平行光束。這束平行光照射在很窄的單縫K上，一部分穿過(guò)單縫，再經(jīng)過(guò)透鏡L2在屏幕E上將出現(xiàn)衍射條紋的像。實(shí)驗(yàn)指出，平行光（波陣面和透鏡的光軸相垂直）經(jīng)過(guò)透鏡后，會(huì)聚在焦面中間的光線相互加強(qiáng)而產(chǎn)生亮條紋，這就證明，周相相同的平行光線，經(jīng)過(guò)透鏡而被聚焦時(shí)，它們的周相仍然是相同的。故可認(rèn)為透鏡的存在不引起附加的周相差。圖431所示為單縫衍射的說(shuō)明圖。設(shè)有寬度為a原單縫，在平行單色光的垂直照射下，位于單縫所在處的波陣面AB上的子波沿各方向傳播。衍射角（衍射后的平行光束與入射平行光束所成的角）為j的一束平行光經(jīng)過(guò)透鏡后，聚焦在屏幕上P點(diǎn)。這種光線的兩條邊緣光線之間的光程差為BC=asinjP點(diǎn)條紋的明暗完全決定于光程差BC的量值。菲涅耳在惠更斯—菲涅耳原理的基礎(chǔ)上，提出了將波陣面分割成許多等面積的波帶的方法。在單縫的例子中，可以作一些平行于AC的平面，使兩相鄰平面之間的分成AAA1AA2B等整數(shù)個(gè)波帶。由于各個(gè)波帶的面積相等，所以各個(gè)波帶在P點(diǎn)所引起的光振幅接近相等。兩相領(lǐng)的波帶上，任何兩個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)（如A1A2帶上的G點(diǎn)與A2B帶上的G′點(diǎn)）所發(fā)出的光線的加周相差，所以到達(dá)P點(diǎn)時(shí)周相差仍然是π，結(jié)果任何兩個(gè)相鄰波帶所發(fā)出的光線在P點(diǎn)將相抵消。由此可見(jiàn)，BC是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，即對(duì)應(yīng)于某給定角度j，單縫恰好能分成偶數(shù)個(gè)波帶時(shí)，所有波帶的作用成對(duì)地相互抵消，在P點(diǎn)處將出現(xiàn)暗條紋；如果BC是半波長(zhǎng)的奇數(shù)，亦即單縫可分成奇數(shù)個(gè)波帶時(shí)，在P點(diǎn)處將出現(xiàn)明條紋。上述結(jié)果可用數(shù)學(xué)式表示為，當(dāng)j適合λ＜ asinj＜λ時(shí)為零級(jí)明條紋，當(dāng)j適合時(shí)為暗條紋，當(dāng)j適合時(shí)為明條紋。從K=1，2，3，…分別得到第一級(jí)、第二級(jí)、…等明條紋或暗條紋。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)任意衍射角j來(lái)說(shuō)，AB一般不能恰巧分焦后，形成屏幕上亮度介于最明和最暗之間的中間區(qū)域?！狙苌涔鈻拧垦苌涔鈻藕?jiǎn)稱光柵。利用光的多縫衍射原理使光發(fā)生色散的光學(xué)元件。它是在一塊平面（或凹面）玻璃或鍍有金屬的反射面上刻上大量相互平行、等寬、等距的刻痕。平面的稱為平面的光柵，凹面的稱為凹面光柵。平面光柵又可根據(jù)所用的是透射光還是反射光而分為透射光柵和反射光柵兩種。通常用塑料在做為母模的光柵上復(fù)制出與原刻線完全一樣的薄膜，把它貼在玻璃片上，制成所謂“復(fù)制光柵”或“摹擬光柵”。最新的光柵是利用全息照相方法制做的，叫做“全息光柵”。全息光柵比用機(jī)械刻劃的光柵的條紋更密，條紋間隔誤差更小，因此在很大的應(yīng)用范圍里，刻劃光柵逐漸為全息光柵所取代。光柵每單位長(zhǎng)度內(nèi)的刻痕多少，主要決定于所要分光的波長(zhǎng)（兩刻痕間的距離應(yīng)與該波長(zhǎng)同一數(shù)量級(jí)），單位長(zhǎng)度內(nèi)刻痕越多，它的色散率越大。而光柵的分辨本領(lǐng)則決定于刻痕的總數(shù)。天然晶體內(nèi)按一定規(guī)則排列的微粒，形成所謂“空間光柵”（兩微粒間距離比人工刻出來(lái)的痕距要小得多），它適用于對(duì)X射線的衍射。當(dāng)一束平行單色光垂直照射在光柵上，光線經(jīng)過(guò)透鏡L后，將在屏幕E上呈現(xiàn)各級(jí)衍射條紋。圖432是光柵實(shí)驗(yàn)的原理。精制的光柵，在1厘米內(nèi)刻痕可以多達(dá)數(shù)萬(wàn)條。圖中S是和紙面垂直的線光源，它們于透鏡L1的焦平面上，屏幕DD放在透鏡L2的焦平面上。在兩透鏡之間是一塊由一系列等寬等間隔的平行狹縫構(gòu)成的光柵。設(shè)各縫的寬度都等于a，相鄰兩縫間不透明的部分的寬度都等于b。則a+b=d稱為“光柵常數(shù)”。由光源S發(fā)出的光通過(guò)L1而出射的平行光照射在光柵上。對(duì)光柵中每一狹縫來(lái)說(shuō)，均有單縫衍射的結(jié)果，由于光柵中有大量的等面積的平行狹縫，所以最后結(jié)果并不是每個(gè)單獨(dú)的狹縫所起的作用，這時(shí)最重要的作用來(lái)自各個(gè)狹縫所發(fā)出的光波之間的干涉。即使在某一給定方向上，按單縫衍射將得到明條紋，但由于縫與縫之間光波的相互干涉，最后可能得到暗條紋。因此，光柵的衍射條紋應(yīng)看作是衍射與干涉的總結(jié)果。查衍射角j適合條件時(shí)，由所有相鄰狹縫的相應(yīng)位置射出的光線的光程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍，因而相互加強(qiáng)形成明條紋。顯然，光柵上狹縫的條數(shù)愈多，條紋就愈為明亮。上式中k是整數(shù)，表示明條紋的級(jí)數(shù)。而當(dāng)j角適合條件（ 時(shí)，將出現(xiàn)暗條紋。當(dāng)j角適合條件時(shí)，由各個(gè)狹縫所射出的光波都將各自地由于干涉而抵消，形成暗條紋。當(dāng)然也就談不上縫與縫之間的干涉作用，在這里即使符合明干涉條紋條件的也沒(méi)有明條紋出現(xiàn)。由此可見(jiàn)在光柵衍射中，僅當(dāng)j角滿足（a+b）景，對(duì)給定的入射單色光波來(lái)說(shuō)，光柵上每單位長(zhǎng)度的狹縫條數(shù)愈多，亦即光柵常數(shù)a+b愈小，各級(jí)明條紋的間隔也愈大，因?yàn)檫@時(shí)的j角要大。光柵上狹縫總數(shù)愈多透射光束愈強(qiáng)，因此所得明條紋也愈亮。由于這些優(yōu)點(diǎn)，通常用衍射光柵可以準(zhǔn)確地測(cè)量光的波長(zhǎng)?！痉直姹绢I(lǐng)】?jī)x器或肉眼對(duì)兩個(gè)非?？拷奈稂c(diǎn)或量值剛能加以識(shí)別的能力。隨著儀器和所要分開的量值性質(zhì)不同，分辨本領(lǐng)有不同的衡量方法。（1）在光學(xué)儀器如顯微鏡中，以它所能分辨的物體上兩個(gè)最靠近的細(xì)點(diǎn)間距離作為分辨本領(lǐng)；但在望遠(yuǎn)鏡和肉眼中，則以它們對(duì)兩物點(diǎn)的視角來(lái)量度。目前一般的光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)可達(dá)2105厘米，電子顯微鏡可達(dá)2～3108厘米；（實(shí)際分辨本領(lǐng)受觀察地點(diǎn)的大氣條件影響，一般要比理論分辨本領(lǐng)?。?，人的眼睛分辨本領(lǐng)約為1分。（2）光譜儀的分辨本領(lǐng)為兩條剛能分辨的光譜線的波長(zhǎng)平均值對(duì)它們波長(zhǎng)差的比值。比值越大分辨本領(lǐng)越高。各種“能譜儀”的分辨本領(lǐng)可用類似的定義來(lái)表示。也有以這種定義的倒數(shù)來(lái)表示的（如β譜儀），稱為“分辨率”。（3）成像系統(tǒng)（如照相、電視等）的分辨本領(lǐng)通常以某一規(guī)定長(zhǎng)度內(nèi)能夠分辨的平行直線數(shù)表示，線數(shù)越多，分辨本領(lǐng)越大，成像就越清晰。在電視系統(tǒng)中分辨本領(lǐng)常稱為分解力。【光的電磁說(shuō)】說(shuō)明光在本質(zhì)上是電磁波的理論。電磁輻射不僅與光相同，并且其反射、折射以及偏振之性質(zhì)也相同）由麥克斯韋的理論研究表明，空間電磁場(chǎng)是以光速傳播，這一結(jié)論已被赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。麥克斯韋，在1865年得出了結(jié)論：光是一種電磁現(xiàn)象。按照麥克斯韋的理論式中c為真空中的光速。v為在介電常數(shù)為ε和導(dǎo)磁系數(shù)為μ的媒這個(gè)關(guān)系式給出了物質(zhì)的光學(xué)常數(shù)，電學(xué)常數(shù)和磁學(xué)常數(shù)之間的關(guān)系。當(dāng)時(shí)從上述的公式中看不出n應(yīng)隨著光的波長(zhǎng)λ而改變，因而無(wú)法解釋光的色散現(xiàn)象。后來(lái)羅侖茲在1896年創(chuàng)立了電子論，從這一理論看，介電常數(shù)ε是依賴于電磁場(chǎng)的頻率，即依賴于波長(zhǎng)而變的，從而搞清了光的色散現(xiàn)象。光的電磁理論能夠說(shuō)明光的傳播、干涉、衍射、散射、偏振等許多現(xiàn)象，但不能解釋光與物質(zhì)相互作用中的能量量子化轉(zhuǎn)換的性質(zhì)，所以還需要近代的量子理論來(lái)補(bǔ)充?！炯t外線】亦稱“紅外光”。在電磁波譜中，波長(zhǎng)介于紅光和微波間的電磁輻射。在可見(jiàn)光的范圍以外，波長(zhǎng)比紅光要長(zhǎng)，有顯著的熱效應(yīng)，可以用溫差電偶、光敏電阻等儀器來(lái)測(cè)量，～3微米為近紅外區(qū)；3～30微米為中紅外區(qū)；30～1000微米為遠(yuǎn)紅外區(qū)。紅外線容易被物體吸收，轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能；在通過(guò)云霧等充滿懸浮粒子的物質(zhì)時(shí)，不易發(fā)生散射，具有較強(qiáng)的穿透能力，紅外線應(yīng)用很廣，可用以焙制食品、烘干油漆以及進(jìn)行醫(yī)療等。物質(zhì)對(duì)紅外線的吸收光譜對(duì)研究物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)分析及化學(xué)工業(yè)上的控制有重要意義。軍事上常用紅外探測(cè)器來(lái)探測(cè)目標(biāo)，以及紅外通信等?！咀贤饩€】亦稱“紫外光”。在電磁波譜中位于紫光和倫琴射線（X射線）之間的電磁輻射。波長(zhǎng)約為（4～39）106厘米，不能引起視覺(jué)（即在可見(jiàn)光范圍之外）?？梢?jiàn)光能透過(guò)的物質(zhì)，對(duì)于紫外線的某些波段卻會(huì)強(qiáng)烈的吸收。例如：玻璃對(duì)波長(zhǎng)小于35104厘米的紫外線有強(qiáng)烈的吸收；地球大氣中的氧和臭氧幾乎全部吸收了太陽(yáng)輻射中，波長(zhǎng)小于29106厘米的紫外線；水晶（即石英）吸收波長(zhǎng)小于2105厘米的紫外線；波長(zhǎng)小于2105厘米的紫外的線被空氣強(qiáng)烈吸收。因此觀察這一紫外線波段的光譜儀的內(nèi)部必須抽成真空，這個(gè)波段稱為真空紫外，適用于這一波段的光譜儀稱為真空紫外光譜儀。水銀燈和電弧的光中有（25～39）106厘米之間的強(qiáng)紫外輻射，是常用的紫外線光源，紫外線通常用