第4节 光的波动性 电磁波 相对论
知识点1 光的干涉
1．条件
两列光的频率相同，相位和振动情况都完全相同的光相遇．
2．双缝干涉
(1)条纹间距公式：Δx＝Ldλ，其中λ为波长，d为双缝间距，l为双缝到屏的距离．
(2)薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜)前后两表面的反射光波相遇而形成的干涉．
知识点2 光的衍射
1．光发生明显衍射的条件
当障碍物的尺寸跟光的波长相比相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．
2．衍射条纹的特点
单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白色条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹．
知识点3 光的偏振
1．自然光
包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光．如由太阳、电灯等普通光源发出的光．
2．偏振光
在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光．如自然光经偏振片作用后的光．
知识点4 电磁波的特点和狭义相对论
1．电磁波的特点
(1)电磁波是横波，电场强度E和磁感应强度B的方向都与传播方向垂直．
(2)电磁波传播时不需要任何介质，在真空中传播的速度最大，c＝3×108 m/s.
(3)电磁波本身是一种物质，它具有能量．
(4)具有波的特征，能产生反射、折射、衍射、干涉等现象．
2．相对论的简单知识
(1)狭义相对论的基本假设： ①狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．
②光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．
(2)时间和空间的相对性：
①时间间隔的相对性
Δt＝Δτ1－vc2.
②长度的相对性
l＝l01－vc2.
(3)相对论速度变换公式：u＝u′＋v1＋u′vc2.
(4)相对论质量：m＝m01－vc2.
(5)质能方程：E＝mc2.
[核心精讲]
第13章 光的偏振
光的干涉、衍射现象表明光是以波的形式在空中传播，但是还不足以说明光到底是横波还是纵波。本章即将要讨论的偏振现象，揭示了光具有横波的特性。
§13－1光的偏振状态
光波是特定频率范围内的电磁波。在这种电磁波中起光作用(如引起视网膜受刺激或照相胶片感光的光化学作用)的主要是电场矢量。因此，这电场矢量又称光矢量。
由于电磁波是横波，所以光波中的光矢量的振动方向总与光的传播方向垂直，光矢量与光的传播方向构成的空间平面，称为振动面。
在光源直接发出的光束中，由于光源中各个原子或分子各次发出的波列的光振动方向彼此互不相关而随机分布，所以在垂直于传播方向的平面内，各方向振动的光矢量的振幅相同。但在许多情况下，在垂直于光的传播方向的平面内，光振动在某一方向的振幅显著较大，或只在某一方向上有光振动，这种情况叫光的偏振。
光的横波性表明，光的振动矢量与光的传播方向垂直，但在与传播方向垂直的二维空间里可以有各式各样的振动状态，这称为光的偏振态。
可见光是真空中频率在Hz1414105.7~103.9范围的电磁波，在远离电磁波发射源的辐射区，电磁波的E、H矢量与传播方向组成右手正交关系。在光波场中各点光矢量随时间变化，从垂直于光传播方向的平面上观察发现光矢量变化遵从不同的规律，根据这些规律，可以把光分为不同的偏振状态。
一 完全偏振光
1 线偏振光
如果在垂直于光传播方向的平面内，光矢量E只沿某个确定的方向振动，这种光就是一种完全偏振光，叫线偏振光。如图13－1所示，对线偏振光而言，振动面是平面，所以也叫平面偏振光。图13－2是线偏振光的图示方法，其中上图表示振动面与纸面垂直，下图表示振动面在纸面内。
图13－1 图13－2
2 圆（椭圆）偏振光
如果在垂直于光传播方向的平面内，光矢量E的端点轨迹为一确定的圆（椭圆），称为圆（椭圆）偏振光。如图12－3所示。
[ ](A) (B) 2
1
第12章波动光学
、选择题
1.如T12-1-1图所示，折射率为n2、厚度为e的透明介质薄膜的上方和下方的透明介
质的折射率分别为 片和n3,已知n1 n2 n3 .若波长为 入的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下 两表面反射的光束①与②的光程差是：
[ ](A) 2n?e (B) 2n?e 1 2
(C) 2n2 (D) 2n?e - 2n2
径S1P垂直穿过一块厚度为t1 ,折射率为n1的一种介质; 路径S2P垂直穿过一块厚度为t2的另一介质；其余部分
3.在相同的时间内，一束波长为 的单色光在空气和在玻璃中
[ ](A)传播的路程相等，走过的光程相等
(B) 传播的路程相等，走过的光程不相等
(C) 传播的路程不相等，走过的光程相等 2.女口 T12-1-2图所示, S1、S2是两个相干光源, 他们到P点的距离分别为 r1和r2 .路
可看作真空. 这两条光路的光程差等于：
[ ](A) (「2 匕上)(「nd1)
(B) [r2 (n2 1)t2] [「1 (n2 1)h]
(C) (「2 匕上2)(A n缶)
(D) n2t2
S2
T12-1-2 图 [ ](A) (B) 2
2
(D) 传播的路程不相等，走过的光程不相等4.频率为f的单色光在折射率为 n的媒质中的波速为
其光振动的相位改变了
2 nf ](A) v v,则在此媒质中传播距离为 I
2 nvf
(B) T (C) 2 nnlf vlf
(D)厂
5.波长为的单色光在折射率为 n的媒质中由
到b点的几何路程为： a点传到 b点相位改变了 ，则光从a点
(C) (D) n
6.真空中波长为 的单色光，在折射率为n的均匀透明媒质中从 a点沿某一路径传到b
点.若将此路径的长度记为 I, a、b两点的相位差记为 ，则 [ ](A) 2
3
则合光照在该表面的强度为
8. 相干光是指
激光的偏振
“偏振”是各种激光器的普遍性质，这是由激光形成的原理决定的。激光束是由激光器内发光介质粒子的受激辐射形成的。受激辐射有鲜明的特点： 外来光子照射激光上能级粒子时，粒子辐射出一个光子并跃迁到下能级，受激辐射所产生的光子与外来光子具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。当激光器内受激辐射形成光子流时，一个模式光子流中的全部光子都具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。这意味着一个激光纵模（频率）一定是偏振的。同时，激光相邻纵模的偏振态或为平行或为垂直。布儒斯特窗或Q调制电光晶体的使用是利用激光偏振的很好例证。
激光器“正交偏振”是指激光器两个相邻的频率具有互相垂直的偏振状态。一对左右旋圆偏振的光也应看做正交偏振光。一般说到“激光两正交偏振频率”时，其频差不是任意的，而是完全由激光腔长决定的。本书研究的则是如何使激光器产生任意频差的两个正交偏振频率，以及这类激光器的结构、特性和应用。
第1章简洁而全面地介绍了激光器的一般原理。第2章介绍历史上与正交偏振激光相关的成就，主要是塞曼双频激光器和环形激光器，而环形激光器又包括三镜激光陀螺、环形激光流量计和四频（四镜）环形激光器。这些激光器并不都输出本书所专指的“正交偏振激光”，但它们和本书的“正交偏振激光”有一个共同的物理概念，即“激光频率分裂”现象——由一种物理效应把激光器的一个频率“分裂”成两个。历史上这些激光器使用塞曼效应、旋光效应、磁光法拉第效应、Sagnac效应形成激光频率分裂。
从第3章起到第6章，介绍由双折射效应在驻波激光器（管）中进行激光频率分裂，形成正交偏振振荡和输出。激光频率分裂所使用的双折射效应包括自然双折射效应、应力双折射效应、电光双折射效应等。从1988年在Optics
Communications发表第一篇文章开始，至今已发展成一个原理、器件、现象和应用系统完整的学术体系。
塞曼双频激光器的原理是在HeNe激光放电管上加磁场。激光器加纵向磁场（磁场与光束平行），可以得到两正交圆偏振光（一个左旋，一个右旋）。如果加横向磁场（即磁场与光束垂直），则得到两正交线偏振光。值得指出的是：
