第十二章 波动光学

几何光学： 几何光学：研究光在透明介质中传播问题 光学 波动光学：以光的波动性为基础， 波动光学：以光的波动性为基础，研究光

的传播及其规律问题

量子光学：以光的量子理论为基础， 量子光学：以光的量子理论为基础，研

究光与物质相互作用的规律

光的干涉

波动光学

光的衍射 光的偏振

光的干涉（Interference

§12. 1 光源 单色光

light） of light）

相干光

光是电磁波：是频率在一定范围内电磁波（ 一、光是电磁波：是频率在一定范围内电磁波（波 长在400 760nm 是对人眼能产生视觉的电磁波。 长在 400～760nm ) ， 是对人眼能产生视觉的电磁波 。

电磁波是横波。 电磁波是横波。

X E u Z H

引起视觉和化学效 应的是电磁波中的 Y 电场强度矢量E， 因此，常把 E 矢 量称为“ 光矢量” 量称为 “ 光矢量 ” 。

二、电磁波谱

波长： 波长： ~ 105 电磁波： 电磁波：工业电 10-3 m ~ 770 nm 红外线 10-7 ~ 10-13 X射线 104 ~ 1 无线电波 760 ~ 400 nm 1 ~ 10-3 (m) 微波 400 ~ 1 nm 紫外线 <10-14 (m) 宇宙射线

可见光 3 ×10-8 ~ 10-14 γ射线

4000 紫

7600 红

400——450——500——550——600——650——760nm 紫 蓝 绿 黄 橙 红

三. 光源 任何发光的物体都称为光源。 任何发光的物体都称为光源。 光源的最基本发光单元是分子、原子。 光源的最基本发光单元是分子、原子。

能级跃迁辐射 E2 波列

ν = (E2-E1)/h

E1 波列长L = τ c 波列长 (τ≈10-8 s)

普通光源： 1. 普通光源：自发辐射

· ·

不同原子发的光) 独立(不同原子发的光 不同原子发的光 同一原子先后发的光) 独立(同一原子先后发的光 同一原子先后发的光

激光光源： 2. 激光光源：受激辐射

ν ν = (E2-E1)/h ν E2 ν

Ei+1 Ei+1

完全一样(频率 位相 完全一样 频率,位相 频率 位相, 振动方向,传播方向 传播方向) 振动方向 传播方向

Ei

E1

ν

Ei

二. 单色光与复色光 单色光：具有单一频率（波长） 1. 单色光：具有单一频率（波长）的光波 复色光：具有不同频率（波长） 2. 复色光：具有不同频率（波长）的复合光

在原子中有许多能量状态——能级，当原子 能级， 在原子中有许多能量状态 能级 从不同的能级跃迁到基态时，能级差不同， 从不同的能级跃迁到基态时，能级差不同，辐射 的电磁波的频率也不同，相应的波长也不同。 的电磁波的频率也不同，相应的波长也不同。

严格的单色光是不存在的——频率范围 频率范围 严格的单色光是不存在的 表示波长与强度关系的曲线——光谱线 光谱线 表示波长与强度关系的曲线 光谱线波长范围越窄——光的单色性越好 光的单色性越好 光谱线波长范围越窄

→ 普通