文档介绍：第 13 章波动光学
光是能激起视觉的一类电磁波 .人们主要通过光来接受自然界的信息 .研究光现
象、光的本性和光与物质相互作用等规律的学科称为光学 .它是物理学的又一个重要分
支.
光学通常分为几何光学、波动光学和量子光学三部分 .当光的波长可以忽略 ,其波
动效应不明显时 ,把光的能量看成是沿着一根根光线传播的 ,光遵从直进、反射、折射
等定律 ,这便是几何光学 .波动光学研究的是光在传播过程中显示出的干涉、衍射和偏
振等波动现象和特点 .通常人们把建立在光的量子性基础上 ,深入到微观领域研究光与
物质相互作用规律的分支学科 ,称为量子光学 .从 20 世纪 60 年代以来 ,由于激光和光信
息技术的出现 ,光学又有了新的发展 ,并且派生出许多属于现代光学范畴的一些新分支 .
本章讨论光的波动理论 .
§ 光干涉的一般理论
光是一定波长范围内的电磁波 .可见光是能够被人的眼睛直接看到的电磁波 ,它的
波长范围在 400~760nm 之间.
一、光的叠加原理
在通常的情况下 ,光和其他波动一样 ,在空间传播时 ,遵从波的叠加原理 .当几列光
波在空间传播时 ,它们都将保持原有的特性 ,此即光波的独立传播原理 .由此 ,在它们交
叠的区域内各点的光振动是各列光波单独存在时在该点所引起的光振动的矢量和 ,这
就是光的叠加原理 .
但应指出 ,光并不是在任何情况下都遵从这一原理的 .当光通过非线性介质 (例如变
色玻璃 ),或者光强很强 (如激光 ,同步辐射 )时,该原理不成立 .通常当强光通过介质时将
出现许多非线性效应 ,研究这类光现象的理论称为非线性光学 .这是现代光学中很活跃
的研究领域之一 .不过,在本章所涉及的范围内 ,光波叠加原理仍然是一个基本的原理 .
二、光的相干叠加
1. 光波的相干条件
在讨论机械波时 ,我们已给出了波干涉的定义 ,即当两列波同时在空间传播时 ,在两
波交叠的区域内某些地方振动始终加强 ,而另一些地方振动始终减弱的现象 .光的干涉
定义与之完全相同 .能产生干涉现象的光叫相干光 .干涉并不违背叠加原理 ,且正是后者
的结果 .但并不是任何两列波在空间相遇时都能发生干涉 ,产生干涉是有条件的 ,即干涉
是特殊条件下的叠加 .波的相干条件是：
1) 频率相同；
2) 振动方向相同 (或存在相互平行的振动分量 )；
1
3) 具有恒定的相位差 .
这三个条件 ,对机械波来说比较容易实现 ,因此观察机械波的干涉现象比较方便 .但对光
波来说就不那么容易做到了 .这与普通光源的发光机制有关 .光是光源中大量分子或原
子等微观粒子的能量状态发生变化而引起的电磁辐射 .近代物理学已完全肯定分子或
原子的能量是量子化的 ,即能量具有分