1、英国物理学家，考古学家，医生。光的波动说的奠基人之一。1773年6月13日生于米尔费顿，曾在伦敦大学、爱丁堡大学和格丁根大学学习，伦敦皇家学会会员，巴黎科学院院士。1829年5月10日在伦敦逝世。杨自幼天资过人，14岁就通晓拉丁、希腊、法、意、阿拉伯等多种语言。开始时学习医学，后来酷爱物理学，特别是光学和声学，一生在物理、化学、生物、医学、天文、哲学、语言、考古等广泛的领域做了大量的工作，但在科学史上他以作为物理学家而最著名。杨在行医时就开始研究感官的知觉作用，1793年写了第一篇关于视觉的论文，发现了眼睛中晶状体的聚焦作用,1801年发现眼睛散光的原因，由此进入光学的研究领域。他怀疑光的微粒
2、说的正确性，进行了著名的杨氏双孔及双缝干涉实验，首次引入干涉概念论证了光的波动说，又利用波动说解释了牛顿环的成因及薄膜的彩色。他第一个测定了7种颜色光的波长。1817年，他得知A.J.菲涅尔和D.F.J.阿拉果关于偏振光的干涉实验后，提出光是横波。杨对人眼感知颜色问题做了研究，提出了三原色理论。他首先使用运动物体的“能量”一词来代替“活力”，描述材料弹性的杨氏模量也是以他的姓氏命名的，他在考古学方面亦有贡献，曾破译了古埃及石碑上的文字。,杨 T.(Thomas Yong , 17731829 ),光的基本概念 费马原理（几何光学） 光的干涉 () 光的衍射() 光的偏振,第四章 波动光学,光学
3、的发展历史,我国古代对光的认识 17世纪末叶之前人们对光的认识 牛顿的微粒说和惠更斯的波动说 光的波粒二象性,光学的分类,（1）几何光学：以光的直线传播为基础，研究在透明介质中的传播问题。包括：直线传播定律、反射折射定律。,波动光学：以光的波动性为基础，研究光的干涉、衍射、偏振。即：研究光的波动性。,量子光学：以光和物质的相互作用所显示的粒子性为基础。,（2）物理光学：,光是一种电磁波,平面电磁波方程,真空中的光速,光矢量： 矢量, 它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用 .,4.1 描述光的基本概念,4.1.1 光源、光源的发光特点,4.1.1 光源、光源的发光特点,光源：可以发光的物体。,
4、根据发光的方式不同，光源可分为两大类：利用热能发光的称为热光源；利用电能、光能或化学能发光的称为冷光源。,热光源的发光机制,热光源中，大量的分子和原子在热能的激发下辐射电磁波。它们发出的光是由一系列有限长、振动方向一定、振幅不变或缓慢变化的波列组成。,持续时间：10-810-10s 波列长度：1m,4.1.2 光强与光的单色性,结论: 绝对的单色光是不存在的!,（2）复色光：由各种不同频率的光复合而成的光。,（3）获得单色光的方法：滤波,4.1.3 光的相干性,设空间有两个同频的单色光源S1 和S2 它们发出的光相交于空间一点P 。,如果两光矢量的方向相同，则在P点的合成光矢量的值为：,合光强
5、为：,补充内容 费马原理,1650年，费马提出了一个最短时间原理：光从一点行进到另一点的所有可能路径中，按照所需时间最短的路径前进。 更加准确的描述却是光所走的路径是光程取极值（严格地说是变分为零）的那一条。,光程：,A点,B点,不同路径对应不同函数，光程是路径函数的函数（泛函）,费马原理-光的反射定律,B为B点的镜像，D为AB和界面的交点，则ADB为所有从A到B的路线中最短的。AD+DB也就是从A经界面反射到B点最短的距离。,费马原理-光的直线传播,在D点做界面的垂线（法线） 由图可见，1=2=3 所以，4=5（反射定律）,1 4 5 32,费马原理-光的反射定律,在界面上选一点C(x,0)
6、，则从A点经过C点到B点的光程为,这里n0和n1是两种介质的折射率,费马原理-光的折射定律,将光程对C点坐标求导，并令导数为0，得：,这就是光的折射定律：,费马原理-光的折射定律,费马原理-透镜成像（像差）,上式中，nr2-nr1 表示两相干光源到相遇点的光程的差值，称为光程差。,！注意：光程差 的值必须根据实际光路情况计算。,4.1.5 获得相干光的方法,来自两个独立光源的光和来自同一个光源的不同部分的光，不满足相干光的条件。而将光源发出的一束光分解为两束，在经过不同的光程后相遇时，将满足相干条件，发生干涉现象。 分波阵面法：使同一波阵面上的两点成为新的光源（满足相干光源的条件）。 分振幅法
7、：将一束光分解为两束光（满足相干光条件）。,相干光的产生,结果：关于 P0对称的明暗相间的条纹，P0为明纹。,装置：如图所示。,4.2.1 杨氏双缝实验,4.2 分波阵面法,杨氏双缝干涉实验明、暗纹条件：,由相干加强和减弱的条件得,由几何关系：,相邻明（或暗）条纹间距：,明暗条纹的位置,白光照射时，出现彩色明条纹（0级明纹除外）,4.2.2 其它分波阵面法干涉实验,（1）菲涅耳双面镜实验, 半波损失 ：光从光速较大的介质射向光速较小的介质时，在反射点处，反射光的相位较之入射光的相位跃变了， 相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失.,（2）劳埃镜实验,（1）分析清楚哪两束光
8、在什么位置发生干涉； （2）正确计算干涉点处的光程差（注意：当光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，反射光有半波损失）； （3）计算并讨论干涉条纹的空间分布或分布的变化。,分析干涉问题的基本步骤,干涉加强,干涉减弱,例1、在杨氏双缝干涉实验中，以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1m。,(1) 若从第一级明 纹 到同侧 的第四级明 纹的距离为7.5mm,求单色光的波长;,(2) 若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离.,解 （1）,（2）,另：第一级明 纹 到同侧的第四级明纹的距离恰为3个明纹间距，即：,例1、将焦距为f 的透镜切去宽为b = f
9、/1000的中央部分，在将两半粘合。如图所示。距透镜 2f 处放一波长为 的单色光源，在透镜的后焦面上放一屏。已知：db， =5000，f = 100cm。 求：（1）屏上两相邻干涉条纹的距离；（2）屏上可能呈现条纹的最大数目。（3）若屏放在 2f 以外能否发生干涉？,解: （1）如图所示，在屏上的干涉区域O1 O2,（2）如图，干涉区间O1 O2= b,（3）因为两个相干波源发出的光不能相遇，所以不能发生干涉现象。,例2、用n=1.58的薄云母片覆盖杨氏双缝干涉装置的一条缝，这时接收屏中心被第五级亮纹占据。（1）若光源波长为0.55m，求云母片的厚度；（2）若双缝相距0.60mm ，屏与缝的距离为2.5m，求：0级明纹的中心所在的位置。,（2）干涉条纹中明纹的间距为：,零级明纹在屏上的位置（到屏中心的位置）为：,解：（1）在第k 级亮纹处两相干光的光程差为波长的k 倍。设云母片的厚度为e则两束光到达屏中央的光程差为：,例3、在双缝干涉实验中，单色光源S0到双缝S1 和S2的距离分别为L1和L2，并且L1-L2 =3， 为入射光的波长，双缝之间的距离为d，双缝到屏幕的距离为D 。求：（1）零级明条纹到屏幕中央O点的距离；（2）相邻明条纹间距。,解：（1）如图设中央明纹位于P 点，则从S0发出的光线到达P 点时的光程差为：,（2）明条纹满足：,相邻明条纹间距为：,
