教案第十七章波动光学 第十七章波动光学Optics 光学是物理学的一个重要组成部分。17世纪和18世纪是光学发展史上的一个重要时 期，在这段时间内，科学家们不仅开始从实验上对光学进行研究，而且也着手进行已有 光学知识的系统化、理论化。这一时期，对光本性的认识存在着争论。牛顿支持光的微 粒说，用微粒说不仅可以说明光的直线传播，而且可以说明光的反射和折射，只不过在 说明折射时，认为光在水中的速度要大于空气中的速度：惠更斯提倡波动说，利用波动 说也能说明反射和折射现象，而且还解释了方解石的双折射现象，但认为光在水中的速 度要小于在空气中的速度。此外在说明光的直线传播时，波动说也遇到了困难。 19世纪系统地用光的波动说和干涉原理研究了光的干涉、衍射和偏振，认识到了光 的横波特性，并且用波动说满意地解释了光的直线传播现象：实验上测出了光在水中的 速度比空气中的小，波动说取得了决定性的胜利，而在理论上找到了光和电磁波之间的 联系，莫定了光的电磁理论的基础。 到了19世纪末和20世纪初期，人们通过对黑体辐射、光电效应和康普顿效应的可 究，无可怀疑地证实了光的量子性，形成了一种具有崭新内涵的微粒学说。此时人们对 光的本质认识又前进了一大步，承认光具有波粒二象性。 20世纪60年代激光的发现，使光学的发展又获得了新的活力，非线性光学、傅里叶 光学等现代光学分支逐渐形成，带动了物理学及其相关学科的不断发展。 基本要求 光的干涉部分： 1理解光的相干条件及获得相干光的基本原理和方法： 2作为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，理解什么情况下有半波损失，什么情况下无半波损失： 4掌握薄膜等厚干涉的规律及干涉位置的计算，理解等倾干涉条件产生的原理，掌 握薄膜干涉原理在实际中的应用： 5了解迈克尔孙干涉仪的工作原理和应用。 光的衍射部分： 1理解惠更斯一菲捏耳原理及其在光的衍射现象中的应用： 2了解菲涅耳衍射及夫琅和费衍射的区别，理解夫琅和费衍射的规律，掌握半波带 法在分析夫琅和费衍射中的应用： 3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： 4理解光栅衍射条纹的成因和特点，掌握光栅方程和暗纹形成条件及它们的应用： 5理解X射线衍射的原理，了解布喇格公式在品格常数和X射线波长测量方面的应 用。 266 教案 第十七章 波动光学 266 第十七章 波动光学 Optics 光学是物理学的一个重要组成部分。17 世纪和 18 世纪是光学发展史上的一个重要时 期，在这段时间内，科学家们不仅开始从实验上对光学进行研究，而且也着手进行已有 光学知识的系统化、理论化。这一时期，对光本性的认识存在着争论。牛顿支持光的微 粒说，用微粒说不仅可以说明光的直线传播，而且可以说明光的反射和折射，只不过在 说明折射时，认为光在水中的速度要大于空气中的速度；惠更斯提倡波动说，利用波动 说也能说明反射和折射现象，而且还解释了方解石的双折射现象，但认为光在水中的速 度要小于在空气中的速度。此外在说明光的直线传播时，波动说也遇到了困难。 19 世纪系统地用光的波动说和干涉原理研究了光的干涉、衍射和偏振，认识到了光 的横波特性，并且用波动说满意地解释了光的直线传播现象；实验上测出了光在水中的 速度比空气中的小，波动说取得了决定性的胜利，而在理论上找到了光和电磁波之间的 联系，奠定了光的电磁理论的基础。 到了 19 世纪末和 20 世纪初期，人们通过对黑体辐射、光电效应和康普顿效应的研 究，无可怀疑地证实了光的量子性，形成了一种具有崭新内涵的微粒学说。此时人们对 光的本质认识又前进了一大步，承认光具有波粒二象性。 20 世纪 60 年代激光的发现，使光学的发展又获得了新的活力，非线性光学、傅里叶 光学等现代光学分支逐渐形成，带动了物理学及其相关学科的不断发展。 一 基本要求 光的干涉部分： 1 理解光的相干条件及获得相干光的基本原理和方法； 2 作为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，理解什么情况下有半波损失，什么情况下无半波损失； 4 掌握薄膜等厚干涉的规律及干涉位置的计算，理解等倾干涉条件产生的原理，掌 握薄膜干涉原理在实际中的应用； 5 了解迈克尔孙干涉仪的工作原理和应用。 光的衍射部分： 1 理解惠更斯－菲涅耳原理及其在光的衍射现象中的应用； 2 了解菲涅耳衍射及夫琅和费衍射的区别，理解夫琅和费衍射的规律，掌握半波带 法在分析夫琅和费衍射中的应用； 3 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； 4 理解光栅衍射条纹的成因和特点，掌握光栅方程和暗纹形成条件及它们的应用； 5 理解 X 射线衍射的原理，了解布喇格公式在晶格常数和 X 射线波长测量方面的应 用