波动光学

波动光学

摘要：本文介绍了波动光学的发展史，衍射现象及波动光学与几何光学的关系等。

关键词：摘要、引言、波动光学简介、波动光学发展史、波动光学衍射现象、波动光学与几何光学的关系。

黑龙江科技学院

资源与环境工程学院

化工09-1班

姓名:李春山

Summary: This article describes the history of wave optics, diffraction

and wave optics and the relationship between geometrical optics, etc.

Tags:Abstract, introduction, introduction to wave optics,

history, fluctuation of optical diffraction wave optics, optical wave

optics and geometry.

Heilongjiang Science and Technology Institute

Resources and Environment Engineering College

Chemical Industry 09-1

name: Li Chun Shan

引言：波动光学首先是由C·惠更斯在1690年提出来的，是光学中非常重要的组成部分，内容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等，无论理论还是应用都在物理学中占有重要地位。

波动光学 简介：光的波动学说首先是C·惠更斯在1690年提出来的。他设想光的传播类似水波、声波。光振动所达到的每一点都可以看作次波的中心。次波的包络面为传播着的波阵面。波阵面上每一点又产生新的次波，依次继续传播。但这个原理只能说明光的折射和反射。到1807年，T.杨用惠更斯原理做了双孔干涉实验，说明了光波的干涉。到了1815年A.-J.菲涅耳补充了惠更斯原理，即各次波到达某一点的作用，要考虑到次波间的位相关系。这补充能很好地说明光的衍射现象，称惠更斯－菲涅耳原理，往后在1823年左右，菲涅耳从光在弹性以太中传播的理论出发，推导出不同偏振的四个关于折射光、反射光与入射光振幅的比的关系式。虽然这四个关系式和光的偏振实验符合，但弹性以太的假设是不正确的。如将它应用到双折射晶体就得不到正确的结果。直到1860年J·C·麦克斯韦提出电磁波理论以后，才能完全地说明光的干涉、衍射、偏振及光在晶体中传播的现象。大约在1896年，H·A·洛伦兹创立了电子论。他假设物质是由带正负电荷的粒子组成。粒子在光场或其他交变电场的作用下，产生振动的偶极子，发出次波。用这样模型来说明光的吸收、色散、散射、磁光、电光等现象，甚至光的发射也是一般波动光学的内容。电磁波理论应用到晶体称晶体光学。60年代发明了激光，产生相干光。

波动光学

基于光的波动性去研究光在传播过程中的各种现象及其应用的学科。波动光学的主要研究内容包括光的干涉、衍射和偏振。波动光学与量子、分子光学统称物理光学。

第十七章 光的干涉

§17.1 光源 单色光 相干光

一、光源

热光源、冷光源、荧光物质、磷光物质

热光源：大量分子和原子在热能的激发下辐射电磁波，发光时间在10-8秒数量级，波列长度在1米数量级。热光源在恒定温度下存在确定的宏观规律：如发射的总功率一定，能量按各种波长的分布也一定。

二、光的单色性：

可见光的波长在4000-7600，亦即频率在4.3*1014-7.5*1014Hz之间的电磁波。

具有一定频率的光称为单色光

复色光以及光的色散

单色光的获得

三、光的相干性

波的干涉现象：已知两列机械波相遇发生干涉的条件是：振动频率相同、振动方向相同、位相相同或位相相差恒定。

对于光波，振动矢量（简称光矢量），主要是指电场E。

对实际光的相干条件：

1.频率相同的两光波在相遇点有相同的振动方向和固定的位相差；（必要条件）

2.两光波在相遇点所产生的振动的振幅相差不悬殊；

3.两光波在相遇点的光程差不能太大。

例：

已知：两列相干光振幅表达式为：212021101cos,costEEtEE

解：合成光矢量21EEE 因两光矢量是同方向的

 tcos021EEEE

其中：2201102202101220102202100coscossinsincos2EEEEarctgEEEEE

在观察的时间间隔)(光的振动周期内，平均光强I是正比于20E的，即：

dtEEEEdtEEEEdtEEI0122010220210012201022021002020cos12cos211

波动光学

一、选择题

1. 用某单色光作杨氏双缝实验，双缝间距为0.6mm，在离双缝2.5m处的屏上出现干涉条纹，现测得相邻明纹间的距离为2.27mm，则该单色光的波长是：( )

(1)5448Ao (2)2724Ao (3)7000Ao (4)10960Ao

2. 在杨氏双缝实验中，入射光波长为，屏上形成明暗相间的干涉条纹，如果屏上P点是第一级暗条纹的中心位置，则S1、S2至P点的光程差=r2 -r1为：( )

(1) (2)3/2 (3)5/2 (4)/2

3. 在双缝实验中，用厚度为6m的云母片，覆盖其中一条缝，从而使原中央明纹的位置变为第七级明纹，若入射光波长为5000Ao，则云母片的折射率为：( )

(1)0.64 (2)1.36 (3)1.58 (4)1.64

4. 在双缝实验中，两缝相距2mm，双缝到屏距离约1.5m，现用=5000A的单色平行光垂直照射，则中央明纹到第三级明纹的距离是：( )

(1)0.750mm (2)2.625mm (3)1.125mm (4)0.563mm

5. 在双缝干涉实验中，屏幕E上的P点处是明条纹，若将缝S2盖，并在S1、S2连线的垂直平分面处放一反射镜M，如图所示，则此时：( )

(1)P点处仍为明条纹

(2)P点处为暗条纹

(3)不能确定P点处是明条纹还是暗条纹

(4)无干涉条纹

6. 在折射率为1.5的玻璃表面镀有氟化镁薄膜，可使反射光减弱，透射光增强，氟化镁的n= 1.38，当用波长为的单色平行光垂直照射时，使反射光相消的氟化镁薄膜的最小厚度为：( ).

(1)/2 (2)/2n (3)/4 (4)/4n

7. 如图a所示，一光学平板玻璃A与待测工件B之间形成空气劈尖，用波长=500nm (1nm=10-9m)的单色光垂直照射，看到的反射光的干涉条纹如图b所示. 有些条纹弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切，则工件的上表面缺陷是：( )

第十二章 波动光学（一） 参考答案

1 第十二章 波动光学（一）

一. 选择题

[ B ]1. 在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是

(A) 使屏靠近双缝．

(B) 使两缝的间距变小．

(C) 把两个缝的宽度稍微调窄．

(D) 改用波长较小的单色光源．

参考解答：根据条纹间距公式Dxnd，即可判断。

[ B ]2. 在双缝干涉实验中，入射光的波长为，用玻璃纸遮住双缝中的一个缝，若玻璃纸中光程比相同厚度的空气的光程大2.5 ，则屏上原来的明纹处

(A) 仍为明条纹； (B) 变为暗条纹；

(C) 既非明纹也非暗纹； (D) 无法确定是明纹，还是暗纹

参考解答：光程差变化了2.5，原光程差为半波长的偶数倍形成明纹，先光程差为半波长的奇数倍，故变为暗条纹。

[ A ]3. 如图所示，波长为的平行单色光垂直入射在折射率为n2的薄膜上，经上下两个表面反射的两束光发生干涉．若薄膜厚度为e，而且n1＞n2＞n3，则两束反射光在相遇点的相位差为

(A) 4n2 e / ． (B) 2n2 e / ．

(C) (4n2 e / ． (D) (2n2 e / ．

参考解答：此题中无半波损失，故相位差为：

22222e4/nne光程差＝。

[ B ]4. 一束波长为的单色光由空气垂直入射到折射率为n的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为

(A)  ． (B)  / (4n)．