文档介绍：第二章       光的性质
、色散和散射
光的电磁理论
1 波动基本方程
1865年麦克斯韦在总结前人实验的基础上,得出麦克斯韦方程组,并预言电磁波的存在。
在无源空间可得到光在非磁性的、各向同性的极化介质中传输的波动方程式
2亥姆霍兹方程
由麦克斯韦方程组的微分形式,可以推导真空中亥姆霍兹方程
3电磁波的性质
真空中的电磁波具有以下性质:
(1)电磁波是横波
(2)E和H同位相
(3)E和H幅值成正比
(4)电磁波的传播速度与光相同,表明光波也是一种电磁波
(5)电磁场的能量和能流可以用能量密度和能流密度来描述
1光的相干性
(1) 光矢量
在光波中,产生感光作用与生理作用的主要是电场强度E,所以电矢量E称为光矢量。
光的干涉
(2) 光的相干性
干涉现象是波动过程的基本特征之一。
由频率相同,振动方向相同,位相相同或位相差保持恒定的两个相干波源所发出的波是相干波,在两束相干波相遇的区域里,有些点振动始终加强,有些点的振动始终减弱或完全抵消,即产生干涉现象。
光波也具有相干性
(3) 获得相干光的基本方法
一般光源发出的光是不相干的,但是可以采用下列两种方法来获得相干光:
①分波阵面法
②分振幅法
2杨氏双缝实验和洛埃镜实验
(1) 杨氏双缝干涉
杨氏双缝实验是最早利用单一光源形成两束相干光,从而获得干涉现象的典型实验。它是利用分波阵面法获得的。
(2) 洛埃镜实验
洛埃镜实验不但显示了光的干涉现象,而且还显示了当光由光疏媒质射到光密媒质并在其表面反射时,反射光的位相发生了变化。
3薄膜干涉
(1) 光程与光程差
折射率n与光波在该媒质中传播的几何路程r的乘积nr叫做光程。
两束相干光在不同媒质中传播时,对干涉加强(亮纹)和减弱(暗纹)条件起决定作用是这两束光的光程差。
(2) 薄膜干涉
在日常生活中,常常看到水面上的油膜或肥皂泡导在日光照射下出现美丽的花纹,这些都是
薄膜的干涉现象。
薄膜干涉原理在实际中的应用非常广泛,例如全反射膜、增透膜、干涉仪等都是利用薄膜干涉现象制成的。
如果入射光垂直照射:
满足δ=2n2e+λ/2=kλ k=1,2,…,
反射光的干涉加强。
满足δ=2n2e+λ/2=(2k+1)λ/2 k=1,2,…,
反射光的干涉减弱。
(3) 增透膜和增反膜
薄膜干涉原理在镀膜技术中的应用主要有两个方面:
一方面是利用薄膜反射时,使某些波长的光因干涉而减弱,以增加透射光的强度,这种薄膜称为增透膜;
另一方面是利用薄膜表面反射时,使某些波长的光因干涉而加强,以减少透射光的强度,这种薄膜称为增反膜。