17
（三）光的反射、半波损失、光的折射
半波损失： 定义：在介质分界面处，反射光和入射光的振动
方向相反，也就是说反射光与入射光相比，其振 动相位发生了的突变，相当于反射光在反射时 增加（或减少）了半个波长的光程，称为半波损 失。
18
（三）光的反射、半波损失、光的折射
半波损失：
当光从折射率大的光密介质，正入射（入射角I
r2
n1
n2
S1
S2
13
（二）费马原理
费马原理：光在任意介质中从一点传播到另一点 时，沿所需时间最短的路径传播。
后人推广为：光在介质中传播的实际路径是使所 需时间为极值(极小值、极大值或稳定值)的路径。
14
（三）光的反射、半波损失、光的折射
光的反射： 反射定律：反射光线在入射面内，反射 角 等
定义：当光从一个折射率大的光密介质介质n1入 射到折射率小的光疏介质n2时，比如从水到空气。
平均值来求II 1 uA2 1 A2
2
2
11
15.3 光的传播
（一）光程和相位差
光程：如图所示，光在折射率为的介质中从波源
S传到P点传播的距离（路程）r折算成在真空中
传播的长度光 ，程 称为光nr程 c r ct
u

p
r
相位落后的量 ： =2r/=2rn/0
射、反射和传播规律，它得出的结果通常总是波动光学在某些 条件下的近似或极限
波动光学：以光的波动性为基础，研究光的干涉、光的衍射、
光的偏振等波动性质，也称为波动光学．其基础就是经典电动 力学的麦克斯韦方程组
量子光学：以光的量子性为基础，深入到微观世界，研究光和
物质的相互作用规律．其基础主要是量子力学和量子电动力 学．波动光学和量子光学也统称为物理光学．
E

A c os (t
o

2r
)
2n
为S波源出所发出波的圆频率。与光频率n 关系 0为初相位。波长和频率，周期T 之间满足
n u
uT
T 2 / 1/n
8
（四）光波的描述 主要参数
光速：
u为光波在介质中传播的速度
u 1 1
or or
波前：光波从光源传出去，离光源愈來愈远，它 的最前缘就为波前 .波前是波在任一时刻相位相 同的点连成的轨迹
光线：人们常以垂直于波前、且指向光传播方向 的直线称为光线．
5
（三）惠更斯原理
在光波传播时，某一时刻波前上的每一点都可以 看作产生球面次级子波的波源，经过一段时间的 新波前就是这些次级子波的包络面.如图为球面 波传播与平面波传播.
现代光学：随着光的量子性的、纤维光学、统计光学、
付里叶光学、激光光学等等．
3
15.2 光源 光的基本性质
（一）光源 定义：产生光波的波源称为光源 发光机制
普通光源：自发辐射 激光：受激辐射
4
（二）光的特性 波前与光线
光是电磁波，有波的特性，但同时光又具有粒子 特性
十五章 光学基础知识
关键：熟练掌握光程差以及相位差
1
15.1 光学的发展历程和学科分支
（一）光学的发展历史 牛顿 —光的光的微粒流理论 惠更斯 —光的波动理论 麦克斯韦 —光的电磁理论 20世纪初—光的波粒二象性
2
（二）光学的学科分支
几何光学：以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中的折
6
（四）光波的描述 主要参数
光是电磁波，在空间传播的是相互垂直的电场强
度E矢量（电矢量）和磁场强度H矢量 .引起视觉 作用和感光作用的主要是电矢量E，因而把E矢 量称为光矢量，把E振动称为光振动.
7
（四）光波的描述 主要参数
光波场的表示：
讨论最简单的平面简谐光波。它在空间传播形成 光波场的运动学描述为
0）于折射率小的光疏介质时，反射光没有半 波损失。
n1 n1 n2 n2
19
（三）光的反射、半波损失、光的折射
当光从折射率小的光疏介质，正入射（入射角
i0）或掠入射（入射角I 90o ）于折射率大的
光密介质时，则反射光有半波损失。
n1
n1 n2
n2
20
（四）全反射 光纤
全反射：
10
（四）光波的描述 主要参数
光强： 把能流S 密 u度w Su矢E量2 应u用A2于co平s2(面t 简谐o 光2波r )
实际上测量到的是S在测量时间间隔内的平均值， 称它为平均能I 流1密0 S度dt或 T光1 0强T SdIt
因为 远大于周期T，所以可以用一个周期内的

介r为质介中质的的光相速对为介u电 nc常数1； r为相对磁导率
9
（四）光波的描述 主要参数
折射率： n相为速折un射之率比uc ，等于光在真空中的速度c与媒质中的
折 磁射理率论与，介可c 质知 的o1电o 磁性u质 密o切1ro相r 关，根据光的电
n rr 所以可得
于入射1 角 。入射光线与界面在入时点的法线所 构成的平面称为入射面。 1与1 分别为入射光线和反射光线与法线所夹的 角即入射角和反射角。
15
（三）光的反射、半波损失、光的折射
光的折射： 当光从一种介质入射到另一种介质表面时，不仅
会发生反射，还可能进入第二种介质，传播方向 会改变（称为折射），入射光线和折射光线与界 面法线间的夹角称入射角和折射角，折射时满足 折射定律。
16
（三）光的反射、半波损失、光的折射
折射定律：
折射光线在入射面内；入射角1
弦之比为一常量，即sin1
sin 2

n21

u2 u1
和折2射角 的正
n21
称为第二介质对第一介质的相对折射率，它
也等于光在两介质中的相速之n2比1 ，n2即/ n1
对界面两侧的介质，折射率较大的称光密介质， 折 如射下率形较式小的称n为1 s光in疏1 介 n质2 s。in折2 射定律也可写成
n
s
12
相位差
若两波源发出相同的频率（1 = 2），相同初
相位（10 20）的两列波，到达P点处两个光
程之差（n2r2 - n1r1）叫做光程差，表示为，由
光程差 带2来( 的r22 相 r位11 ) 差 20为(n：2r2
n1r1)

2 0

p
r1