《大学物理》PPT参考资料：第三章 波动光学 Wave Optics 光的干涉 Interference of light（3.1-3.4）§3.1 光源的发光特性 §3.2 杨氏双缝干涉（double slit interference）§3.4 空间相干性（spatial coherence）

波动光学 (Wave Optics)

1 波动光学 （Wave Optics）

光学-研究光的现象; 光的本性; 光与物质相互作用 20世纪60年代激光问世后,光学有了 飞速的发展,形成了现代光学 ▲几何光学:以光的直线传播规律为基础, 研究各种光学仪器的理论。 ▲波动光学:以光的电磁波本性为基础,研究传播 规律,特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用 ▲量子光学:以光的量子理论为基础, 研究光与物质相互作用的规律

2 光学------研究 光的现象; 光的本性; 光与物质相互作用. 20世纪60年代激光问世后，光学有了 飞速的发展，形成了现代光学。 ▲几何光学：以光的直线传播规律为基础， 研究各种光学仪器的理论。 ▲量子光学：以光的量子理论为基础， 研究光与物质相互作用的规律。 ▲波动光学：以光的电磁波本性为基础，研究传播 规律，特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用

第三章光的干涉 (Interference of light) §31光源的发光特性 普通光源与激光光源 光源的最基本的发光单元是分子、原子。 1普通光源 能级跃迁辐射 发光时间t≈103s E2(>E) 波列 y E2-E1 000 E

3 第三章 光的干涉 （Interference of light） §3.1 光源的发光特性 一.普通光源与激光光源 光源的最基本的发光单元是分子、原子。 能级跃迁辐射 发光时间t10-8 s 1.普通光源

原子发光是间隙式的 各个原子的发光是完全独立的,互不相关 它们何时发光完全是不确定的 发光频率光的振动方向光波的初位相 以及光波的传播方向等都可能不同; 因此,不同原子发的光不可能产生干涉现象 例如:普通灯泡发的光;火焰;电弧;太阳光等等 自发辐射

4 原子发光是间隙式的. 各个原子的发光是完全独立的,互不相关. 它们何时发光完全是不确定的; 因此,不同原子发的光不可能产生干涉现象. ------自发辐射 例如:普通灯泡发的光;火焰;电弧;太阳光等等 发光频率,光的振动方向,光波的初位相 以及光波的传播方向等都可能不同;

2激光光源 E >全同光子 E2-E1 E 完全一样(频率,相位,振动,传播方向) 可以实现光放大;单色性好;相干性好 受激辐射 例如:氦氖激光器;红宝石激光器; 半导体激光器等等

5 2.激光光源 完全一样（频率，相位，振动，传播方向） 全同光子 可以实现光放大;单色性好;相干性好 ------受激辐射 例如:氦氖激光器;红宝石激光器; 半导体激光器等等

光的单色性 理想的单色光:具有恒定单一频率的 简诸波,它无限伸展 实际原子的发光是一个有限长的波列, 不是严格的余弦函数,只能说是准单色光: 在某个中心频率(波长)附近有一定频率 (波长)范围的光。衡量单色性好坏的 物理量是谱线宽度△ 例:普通单色光 z 4.谱线 △:102→100A 宽度 激光△:10-8→105A° 可见光△>103A°

6 二. 光的单色性 实际原子的发光:是一个有限长的波列, 不是严格的余弦函数,只能说是准单色光: 在某个中心频率（波长）附近有一定频率 （波长）范围的光。 衡量单色性好坏的 物理量是谱线宽度 理想的单色光：具有恒定单一频率的 简谐波，它无限伸展。 例:普通单色光 : 10-2→ 10 0A 激光 ：10-8→ 10-5A 可见光 103A    谱线 宽度

造成谱线宽度的主要原因: 1.自然增宽:由能级自然宽度形成 原子处在激发态有一定的寿命τ, △E·≈h E2多x4E △E 能级宽度 △E,+△E △ E,z加mmmx4E h 2.多普勒增宽:分子、原子的热运动引起 3.碰撞增宽:碰撞可增加原子能级宽度 由于谱线频率的展宽,一般波列的长度 只有几厘米或几毫米

7 造成谱线宽度的主要原因： 1. 自然增宽：由能级自然宽度形成。 2. 多普勒增宽：分子、原子的热运动引起. 3. 碰撞增宽：碰撞可增加原子能级宽度. 由于谱线频率的展宽，一般波列的长度 只有几厘米或几毫米。 原子处在激发态有一定的寿命， h E1 + E2  = E  h E -----能级宽度

、光的相干性 两列光波相遇,只讨论电振动,E—光矢量 设E1E2o1=02=0 2 P:E,=Elo cos(ot+p1o λ2 E2=E20c0s(at+q20-=4F2) E=EI+E2 e=Ecos(Ot+o) 0=E10+E20+2E10E20COS△ 2元 △=-如 (r2-r1)

8 三、光的相干性 设E1 ‖E2 1 =2 =      = + − = + − ) 2 cos( ) 2 cos( 2 2 0 2 0 2 1 1 0 1 0 1 E E t r E E t r       P:   E=E1+E2 E E t E E E E E = + = + + 0 0 2 10 2 20 2 2 10 20 cos( ) cos    ( ) 2 20 10 2 1  = − − r − r      两列光波相遇，只讨论电振动，E —光矢量. r1 r2

P点光强:I=1+12+2、√12c0△p 若S1,S2是完全独立,无规地发光, 没有固定位相差(φo,φ20是无规则变化的) 即它们是非相干光源,则 c0s△p=0→I=l1+12 若S1,S2是相干光源, 必有固定位相差(φ10-420= const.) C0s△p=c0s△φ →>Ⅰ=1+2+2、12c0△p

9 P点光强： I = I1 + I 2 + 2 I1 I 2 cos 若S1 ,S2是完全独立，无规地发光， 没有固定位相差（10， 20是无规则变化的） 即它们是非相干光源，则 cos = 0 1 2 → I = I + I 若S1 ,S2是相干光源， 必有固定位相差（10-20=const.)    → = + +   =  2 cos cos cos 1 2 1 2 I I I I I

普通光源获得相干光的方法 将光源上同一原子同一次发的光 分成两部分,再使它们叠加。 分波面 分振幅 s Sk 薄膜

10 普通光源获得相干光的方法： 将光源上同一原子同一次发的光 分成两部分，再使它们叠加