人类对光本质的认识： 牛顿的微粒说（Particle theory）==>惠更斯的波动说（Wav
e theory）==>麦克斯韦电磁波说（Electromagnetic wave theory）==>爱因斯坦的光量子说（Q
uantum light theory）光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素光学篇（Optics)波动光学(Wave Opti
cs)几何光学(Geometrical Optics)X射线(X-ray)第八章 波动光学光的干涉光的衍射光的偏振旋光现象光的吸收
和散射教学大纲要求 1.理解光的相干条件及获得相干光的基本原理和方法。 2.掌握杨氏双缝干涉实验的基本装置和实验规律及干涉条纹
位置的计算。 3.确切理解光程的概念，掌握光程和光程差的计算方法，熟悉光程差和相位差之间的关系， 4.理解半波损失概念，学会判
断有无半波损失。 5.掌握薄膜干涉的规律及干涉条纹位置的计算。掌握薄膜干涉在实际中的应用。 6.了解光的衍射现象，
了解菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射的区别。 7.了解惠更斯-菲涅耳原理及其在光衍射现象中的应用。 8.了解单缝衍射的实验装置
，掌握半波带法在分析单缝衍射中的应用。了解圆孔衍射和艾里斑。 9.理解瑞利判据，能定性分析衍射对光学仪器分辨能力的影
响。 10.理解光栅衍射条纹的成因和特点，掌握光栅方程和明暗条纹形成条件及它们的应用。 11.理解自然光和线偏振光概念
，掌握用偏振片起偏和检偏的方法，掌握马吕斯定律。 电磁波(家)谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线微波太赫兹 电学光
学原子核“THz空隙”Electromagnetic Spectrum光本质上是种电磁波，可见光波长为400~760nm之间。光
的干涉、衍射现象证明了光的波动性，而偏振现象则证明了光的横波性质。红 760nm~630nm 橙 630nm~590nm
黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm 青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫
430nm~400nm 光的干涉(interference of light)：满足一定条件的两束光重叠时,在叠加区域形成稳定
、不均匀的光强分布的现象. 彩色的肥皂泡光的干涉在历史上曾作为光的波动性的重要例证.§8-1 光的干涉水波的干涉:(相干波源)声
波的干涉:光波的干涉一、光的相干性：任何发射光波的物体称为光源。光是电磁波。可见光是能引起人的视觉的那部分电磁波。光源 （ligh
t source） 相干条件：频率相同(same frequency)振动方向相同(same direction of vibra
tion)相位差恒定(constant phase difference)1、相干光(coherent light) ：相干光源发
出的光。物质发光的基本单元——分子、原子等从具有较高能量的激发态向具有较低能量的状态(基态或低激发态)跃迁时,发射的一个电磁波波列
(wave train). 普通光源的发光机理: 原子的发光跃迁基态激发态 跃迁（transition）自发辐射(spo
ntaneous emission）跃迁过程的持续时间约为 10-8 s 普通光源发光特点原子发光是断续的,每次发光形成一长度有限
的波列,各原子或同一原子各次发出的波列,其频率和振动方向可能不同；来自两个光源或同一光源的两部分的光,不满足相干条件,叠加时不产生
干涉现象.独立（同一原子不同时刻发的光）独立 （不同原子同一时刻发的光）··自发辐射两个独立的普通光源不是相干光源分振幅法原则
: 将同一波列的光分成两束，经不同路经后相遇，实现干涉。2、相干光的获得方法分波阵面法二、光程与光程差:光在介质中传播时，光振动的
相位沿传播方向逐点落后。光传播一个波长的距离，相位变化2?。 相位差在分析光的干涉时十分重要，为便于计算 光通过不同媒质
时的相位差，引入“光程”的概念。1.光 程 (optical path)介质中：路程r，波速u，波长??，折射率n。真空中：路程
L，波速c，波长? 。时间t，频率f。
L=ct=nu·t=nr光程: L=nr,光波在介质中所经历的几何路程r与该介质的折射率n的乘积。光程：L = ?(n
i ri )2.光程差(optical path difference)：3.相位差和光程差的关系：意义：把光在介质中通过的几何路
程按相位变化相同折合到真空中的路程——可以统一用真空中的波长来计算.解：例1、如图，在S2P 间插入折射率为n、厚度为d 的媒质。
求：光由S1、S2 到 P 的相位差?? 。 通过薄透镜的近轴光线具有等光程性.焦平面使用透镜不会产生附加光程差，物点到象点各光
线之间的光程差为零——等光程性（aplanatism）。托马斯·杨 (T. Young, 1773-1829)英国物理学家兼医生1
801年,托马斯?杨完成了一个判别光性质的关键性实验.三、杨氏双缝干涉(double-slit interference) 相干
光的产生: 分波阵面法实验中,D>>d,一般 D 约1 m ,而d 约 10-4 m, S1 和 S2 是同相波源.2.干涉规律
光程差的计算设实验在真空（或空气）中进行，则由S1和S2所发出的光波到P点的光程差为：明纹中心两相邻明纹间距干涉相长干涉明条纹的位
置k=0时，x=0，δ=0，为零级明纹或中央明条纹暗纹中心 ：两相邻暗纹间距：干涉暗条纹的位置干涉相消明纹中心位置：两相邻明纹间距
：暗纹中心位置： 两相邻暗纹间距：实验装置在折射率为n介质中光程差：(1)一系列平行的明暗相间的条纹；x=0 有 k=0，在O处为
明条纹，在O点两侧对称分布明暗相间纹。 (2) ?不太大时条纹等间距。3.干涉条纹分布的特点用不同波长的单色光源做实验时，条纹的间
距不相同，波长短的单色光条纹间距小；波长长的单色光条纹间距大。(3) 条纹间距Δx?λ。(4)如果用白光做实验，只有中央明条纹是白
色的，其他各级都是由紫到红的彩色条纹。 杨氏双缝实验不仅证实了光的波动理论，同时还提供了测量光波波长的方法，在历史上实现了第一次测
定光波波长这个重要的物理量。 相邻明条纹(或相邻暗条纹)间距 4.杨氏干涉实验的应用——测量光波波长干涉问题分析要点(1)搞清发生
干涉的光束；(2)计算波程差(光程差)； (3)搞清条纹特点：形状、位置、级次分布等.例2、双缝干涉实验中,用钠灯作光源, 波长?
=589.3nm,屏与双缝的距离D=500mm.求：⑴在d=1.2mm和d=10mm两种情况下相邻明条纹间距。(2)若相邻明条纹的
最小分辨率距离?x=0.065mm,能分清干涉条纹的双缝间距最大为多少？ 在双缝干涉实验中：（1）如何使屏上的干涉条纹间距变宽？（
2）将双缝干涉装置由空气中放入水中时， 屏上的干涉条纹有何变化？（3）若S1、S2两条缝的宽度不等，条纹有何变化？思考
:？（1）两相邻明纹（或暗纹）间距（2）将双缝干涉装置由空气中放入水中时，屏上 的干涉条纹有何变化？ n水> n空气实
验装置放入水中后条纹间距变小。（3）两条缝的宽度不等，使两光束的强度不等；虽然干涉条纹中心距不变，但原极小处的强度不再为零，条纹的
可见度变差。现：可见度差原：可见度好例3、一波长为６００ｎｍ的红光，其二级明条纹出现的位置与另一波长为λ的色光的三级明条纹相同，求
另一色光的λ．解 根据题意得则 例4、 在双缝干涉实验中，双缝间距为0.60mm，光源波长为600nm，条纹间距为1.5mm，1）
双缝屏幕距双缝多远？2）若用折射率为1.3、厚度为0.01mm的薄膜遮盖其中一缝S1，则中央明纹处将变为明纹还是暗纹？是几级？解：
1)则屏幕距双缝3)条纹移动的距离？中央明纹位置？2)中央明纹的光程差为中央明纹将变为5级明纹4)若使中央明纹处变成暗纹，求膜的最
小厚度？例5 用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰 可辨的彩色光谱？解: 用白光照射时，除中央明纹为白光外，两侧形成内紫
外红的对称彩色光谱.当k级红色明纹位置xk红大于k+1级紫色明纹位置x(k+1)紫时，光谱就发生重叠。据前述内容有 将 ?
红 = 760nm， ?紫 = 400nm代入得 k=1.1 这一结果表明：在中央
白色明纹两侧，只有第一级彩色光谱是清晰可辨的。由 xk红 = x(k+1)紫 的临界情况可得因为k只能取整数，所以应取
k=2四.洛埃镜（Lloyd mirror）实验 当屏幕P移至L处,从S1和S2到L点的光程差为零,但是观察到L点为暗
条纹——验证了反射时有相位?突变, 即是有半波损失（half-wave loss）存在.缝光源虚光源反射镜媒质1:光疏媒质 媒质
2:光密媒质n1n2折射波反射波入射波即是光从光疏媒质传向光密媒质，在其分界面上反射时将发生半波损失。折射波无半波损失。半波损失若
n1< n2光从光疏介质(折射率较小)射向光密介质(折射率较大)时反射光的相位较之入射光的相位跃变了?,相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差,称为半波损失.洛埃德镜实验不但显示了光的干涉现象，证实了光的波动性，而且更重要的是它证明了光由光疏介质射向光密介质表面发生反射时，反射光会发生半波损失。(1) 反射光与入射光比较n1< n2 有半波损失(2) 经介质膜上下界面两反射光比较n1> n2 无半波损失 讨论:油层彩色气球彩色肥皂膜的干涉彩色条纹预习要求：实验绪论。 作业：习题8-1~8-2小结： |
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