光学是研究
光的现象, 光的本性 和 光与物质相互作用 的学科,
是物理学的一个重要分科 。
·人类对光的研究已有 3000余年的历史；
·20世纪 60年代激光问世后, 光学有了飞速的发展, 形成了现代
光学 。
·光学通常分为以下三部分：
几何光学,
波动光学, 研究光的电磁性质和传播规律,特别是干涉、
衍射、偏振的理论和应用。
以光的直线传播规律为基础, 研究各种光学
仪器的理论。
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。
The Realm of Optics
QUANTUM OPTICS
ELECTROMAGNETIC OPTICS
WAVE OPTICS
GEOMETRICAL OPTICS
第 1章 波动光学
北极光
丰富多彩的干涉现象
水膜在白光下 白光下的肥皂膜
蝉翅在阳光下 蜻蜓翅膀在阳光下
白光下的油膜 肥皂泡玩过吗?
等倾条纹 牛顿环 (等厚条纹 )
测油膜厚度 平晶间空气隙干涉条纹
第一节
光源 相干光
一, 电磁波
u?E
?
H?
1,电磁波的产生
凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源
例如：天线中的振荡电流 分子或原子中电荷的振动
2,对电磁波
)(c o s0 urtEE ?? ??? )(c o s0 urtHH ?? ???
平面简谐电磁波的性质
(1)
(2) 电磁波是 横波
?
的描述（平面简谐波）? ?H,E ??
E? H?和 传播速度相同、
相位相同
u//HE ??? ?
O x
y
z
HE ?? ?(3) 量值上
(4) 波速
??
1?u 18
00
sm109 9 7 921 ?????,c ??
(5) 电磁波具有波的共性 —— 在介质分界面处有反射和折射
u
cn?
00??
???
rr??? r??
2
2
1 Ew ??
3,电磁波的能量密度
真空中
折射率
2
2
1 H??
能流密度
dA
u?
S?
uwtA wtuAS ?? ??? dd dd
????
1)
2
1(
2
1 22 HE ??
HE ?? ?
EH?
HES ??? ??
波的强度 I ? ?????? Ttt tSTSSI d1
? ? ?? Ttt turtHET )d(c o s1 200 ?2021 E???
结论, I正比于 E02 或 H02,通常用其相对强度 2021 EI ?
tud坡印亭矢量
表示
（ 坡印亭矢量 ）S?
二, 光是电磁波
光色 波长 (nm) 频率 (Hz) 中心波长 (nm)
红 760~622 660
橙 622~597 610
黄 597~577 570
绿 577~492 540
青 492~470 480
兰 470~455 460
紫 455~400 430
1414 10841093 ??,~.
1414 10051084 ??,~.
1414 10451005 ??,~.
1414 10161045 ??,~.
1414 10461016 ??,~.
1414 10661046 ??,~.
1414 10571066 ??,~.
可见光七彩颜色的波长和频率范围
常用单色光源
三, 光源：能发射光波的物体。
(1) 热辐射
(2) 电致发光
(3) 光致发光
(4) 化学发光
能级跃迁
波列
波列长 L=?c
自
发
辐
射
非相干 (不同原子发的光 )
非相干 (同一原子先后发的光 )
..
(5) 同步辐射光源
(6) 激光光源
受
激
辐
射
自发辐射
E2
E1
? ? h/EE 12 ???
四、光波的叠加
1、光波与机械波的区别
(1)、光波是一种波动，它与机械波有相似之处，所以描述波动
规律的惠更斯原理，波的叠加和干涉等基本原理对光波同样也适
用。
(2)、与其它波动相比，光波又有其个性，有它自己的特殊规律：
如光波是由空间电磁场之间相互激励形成的，不像机械波那
样依赖媒质的弹性。
又如，光波的振动是指空间各点电场强度和磁场强度随时间
作周期变化，不像机械波那样指质点离开平衡位置的位移作周期
性变化等。
(3)、光波是一种电磁波，由于电磁波中各点电场强度和磁场强度
的大小和方向之间有确定的关系，而引起视觉反应的主要是电场
强度所以我们把电场强度矢量定义为光波中各点的光矢量。
由于电磁场中各点的辐射强度（在这里表现为光的亮度），
与电场强度的平方成正比，因此在以后讨论中，一般用
“亮”“暗”来说明光波干涉现象的规律。
波列
波列长 L=?c
非相干 (不同原子发的光 )
非相干 (同一原子先后发的光 )
..
2、两独立的光源产生的光波不能相干
?一个原子两次发光随机不相干
(1)、分子原子发光的独立性
?两个原子同时发光也不相干
(2)、发光的断续性
由上分析可知：
(1)、两独立光源发生的光波不可能满足相干条件；
(2)、同一光源上不同的分子原子发光是独立的发出的光波不可
能满足相干条件。同一分子原子在不同时刻发出的波列也不能
为相干的波。
