r) u
★光矢量：电场强度 E 。
★ 真空中光速 c 1 3 108 m/s
2、普通光源发光机理:
1）光由光源中大量原子或分子从高能激发态向低能级状态 跃迁时产生的。
2）原子或分子能量跃迁时发出
频率和振动方向各不相同、 长度有限的光波波列。
激 发
En
态
波列
E h
Lc ct
t 108 s
求：1 ) 中央明纹两侧两条10级明纹中心的距离。 2 ) 以厚度为 e 6.6 105m，折射率为n=1.58的玻璃片
注意： δ是光程差不是波程差。λ是真空中波长，不
一定是实际波长。
§10.2 杨氏双缝干涉
10.2.1、杨氏双缝实验 1801年英国科学家Thomas Young首先成功实现光的干
涉，证实光具有波动性。
1、实验现象及定性分析:
实
s1
验 s d o
装 置
s2
r1 r2
p
x
o
D
2、光程差 由图知： r12
D2
(x
d )2 2
r2 2
D2
(x
d )2 2
r22 r12 (r2 r1 )(r2 r1 ) 2 xd
D d，D x,
r1 r2 2D
(r2 r1 )(r2 r1 ) 2xd
2xd d
r2 r1
2D
x D
S1
Sd
r1
r2
p
x o
S2
D
n(r2
r1 )
nd D
2
为真空中的波长
n2r2 n1r1
[例]
s1
d
r1
P
s•
n
o
s2
r2
r2 [(r1 d ) nd ] (r2 r1 ) (n 1)d
2
பைடு நூலகம்
2
[(r2
r1) (n 1)d ]
产生相干光的基本方法:
1、分波阵面法： 同一波面的不同处发出的光为相干光。
2、分振幅法： 利用光的反射和折射将一束光分为两部分。
s1
P
s
s2
分波阵面法
分振幅法
10.1.5：薄透镜等光程性
结论：当用透镜观测干涉时， 光线的传播方向可以改变，不 会带来附加的光程差。
L
•
S'
10.1.6、明暗干涉条纹产生的条件：
当
2
2k 时 (2k 1) 时
干涉加强 干涉减弱
k
用光程差表示为:
(2k 1) 2
干 涉 加 强（ 明 ） 干涉减弱（暗）
x
（ 空气中n = 1 ）
nd x
D
讨论
1、明暗条纹以O点为中心对称分布于屏上。
当 n d x k 时，产生明纹
D
明纹位置:
x k D
nd
k = 0,1,2,... ox
当k = 0 时，对应O点 — 中央明纹中心的位置
当 nd x (2k 1) 时产生暗条纹
D
2
暗纹位置: x (2k 1) D
I 0 , (2k 1) 2
I 4I0
光
强
分 布
4 3 2 0 2 3 4 5
图
例题1 单色光照射到两个相距2×10-4的狭缝上。双缝和屏之
间为空气n=1,距离为1m。在缝后处的屏上，从第一级明条纹
到第四级明条纹的距离为7.5×10-3，求此单色光的波长。
解:由明条纹中心位置为 x D k
2nd
k = 1,2,...
2、相邻的明（暗）纹的间距相等。
注意
x D
nd
影响条纹间距的因素：
1）条纹间距与双缝间距的关系 x 1 d
ox
2）条纹间距与波长的关系 x
3、用白光光源产生彩色干涉条纹
k 3 k 2 k 1 k 1 k 2 k 3
4、双缝干涉光强分布 4I0 , k
nd
第一、四级明条纹中心位置分别为
x1
D d
x4
D d
4
故第一级明条纹到第四级明条纹的间距为
从而得到单色光的波长为
(k 0,1,2, )
x4
x1
3
D d
x4
x1
d
7.5103 2104
5.0107 m
o
5000 A
3D
31
[例2]在双缝干涉实验中,波长 5500 A的单色平行光垂直照射到 缝间距为 a 2 104 m 的双缝上,屏到双缝的距离 D=2m.
第10章 波动光学
光学是历史悠久的物理学分支,也是现代物理学研究非常 活跃的领域。它的发展分为以下几个时期：
萌芽时期
几何光学
光学
近代光学时期
波动光学---光传播过程中的干涉, 衍 射,偏振等现象和规律。
现代光学时期
量子光学---光和其他物质发生相互 作用的现象及规律。
光的本性: 光的本性问题曾是物理学界争论不休的问题, 直 到1905年Albert Einstein 提出光子理论,争论才基本结束。
§10.1 光的相干性、光程
10.1.1、光源
1、光（可见光）指真空中波长为4000~7600 Å 的电磁波。
7600A ~ 6300A ~ 6000A ~ 5700A ~ 5000A ~ 4500A ~ 4300A ~ 4000A
★光是横波 平面电磁波方程
E
E0
cos ( t
r) u
H
H0
cos ( t
1672年Newton 提出微粒说—一种实体粒子，哥里马第、惠更 斯、托马斯.杨、菲涅耳等建立了波动说，1865年麦克斯韦建立 了光的电磁理论, 给光的波动说提供了有力的证据。
19世纪末,光电效应又使波动理论陷入困境.1905年A.Einstein 提出了光子理论,指出光既具有波动性又具有粒子性---光具有波粒 二象性,为光的本性的争论画上了句号.本章只讨论光的波动性
2 r n
n
u
c
n
n
n
2 r 2 nr
1
n
u
r2
定义：若光在折射率为n 的介质中传播的几何距离为r ，
则光程为 nr 。
…
n1
n2
n3
…
nm
L ni ri
i
r1 r2
r3
rm
物理意义： 光在媒质中传播的路程 r 等效于相同时间内
在真空中能够传播 nr 的路程。
相位差与光程差的关系:
自发辐射 基态
原子能级及发光跃迁
发光特点：光束是由频率不同、振动方向各异、无确定相位 关系的各自独立的波列组成。
10.1.2 、光的单色性和相干性 1、光的单色性
1）单色光：具有单一 频率（波长）的光。 2）复色光：含有很多不同频率的光。 3）准单色光：由一些波长相差很小的单色光组合而成的光。
谱线宽度：光强为最大光强一半处的曲线宽度 。
4）单色光的获得：棱镜、滤光片等。 I
10.1.3、光的相干性 相干光的相干条件：
I0 I0 / 2
谱线宽 度
1）同频率、同振动方向、在相遇 点相位差恒定为相干光。
O
2）补充条件 两束光在相遇点的光强差不能太大。
两束光在相遇点的光程差不能太大。
10.1.4、光程:
当光在 某一媒质中（n）传播、通过路径 r 时， 振动相位的改变量为