光波的基本性质.pdf

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36波动光学的内容波动光学的内容波动光学的内容波动光学的内容遵从经典电磁场理论遵从经典电磁场理论干涉衍射偏振散射色散吸收光波的基本性质光波的基本性质光波的基本性质光波的基本性质光源、波长、光谱单色光波叠加原理15:

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38任何一个发光体均可看成点光源的集合发光体能够（电磁）辐射光能量的物体。

如日光灯、太阳、白炽灯、碘钨灯、钠灯、激光器等。

光源光源光源光源分类热辐射发光非热辐射：

电致发光，荧光，化学发光15:

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38电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱（m）0.05m0.400.762.010500紫外可见近红外中红外远红外红外X射线无线电波15:

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39可见光谱可见光谱可见光谱可见光谱15:

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39牛顿的实验牛顿的实验牛顿的实验牛顿的实验15:

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39空气中的波长与颜色的关系空气中的波长与颜色的关系空气中的波长与颜色的关系空气中的波长与颜色的关系眼睛分辨的颜色依赖于频率（能量h），而不是波长。

波长在不同介质中会改变。

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40名称波长范围频率范围/Hz远红外100m10m3101231013中红外10m2m310131.51014近红外2m760nm1.510143.91014红760nm622nm3.910144.71014橙622nm597nm4.710145.01014黄597nm577nm5.010145.51014绿577nm492nm5.510146.31014青492nm450nm6.310146.71014蓝450nm435nm6.710146.91014紫435nm390nm6.910147.71014紫外390nm5nm7.710146.0101615:

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40单色光、复色光单色光、复色光单色光、复色光单色光、复色光单色光：

具有单一波长的光复色光：

不同波长的单色光混合而成的光15:

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40三原色三原色三原色三原色RedBlueGreenYellowCyanMagentaWhiteThomasYoung首先提出三原色原理，他认为一切色彩都可以由红、绿、蓝三种原色的不同比例混合而成，这一原理，已成为现代颜色理论的基础。

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40生理学基础生理学基础生理学基础生理学基础视觉：

人的视网膜上约有1.11.3亿个柱细胞；600700万个锥细胞，在中心凹处最多。

当光线照到视网膜上时，视紫红质（rhodopsin）发生化学变化，刺激神经细胞，最后由神经传到大脑，产生视觉。

柱状细胞灵敏度高，能感觉极微弱的光。

锥状细胞有3种，分别对红、绿、蓝敏感，但是在弱光下几乎没有反应。

（暗光下看不到色彩）对绿光的灵敏度最高，对红光的灵敏度低得多。

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40锥状细胞光感示意锥状细胞光感示意锥状细胞光感示意锥状细胞光感示意15:

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41CIE1931xyzcolormatchingCIE1931xyzcolormatchingCIE1931xyzcolormatchingCIE1931xyzcolormatchingfunctionfunctionfunctionfunction15:

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41CIE1931RGBcolormatchingCIE1931RGBcolormatchingCIE1931RGBcolormatchingCIE1931RGBcolormatchingfunctionfunctionfunctionfunction15:

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41色盲色盲色盲色盲全色盲表现为把一切颜色都看成灰色，这样的人为数极少。

部分色盲多为红一绿色盲。

患红绿色盲的人把整个光谱感知为两种基本色调：

黄色（把光谱的整个红橙黄绿部分都看成黄色）和青色（把光谱的整个青蓝紫部分都看成青色）；有些人还表现为只有红色觉（这可能是由于缺乏感绿锥状细胞）；或者只有绿色觉（这可能是由于缺乏感红锥状细胞）。

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41加色和减色加色和减色加色和减色加色和减色光线的混合用色的加法颜料的混合用色的减法（CMYK）RedBlueGreenYellowCyanMagentaWhite15:

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42CMYKCMYKCMYKCMYK15:

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42印刷的色域印刷的色域印刷的色域印刷的色域15:

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42物理颜色和视见颜色物理颜色和视见颜色物理颜色和视见颜色物理颜色和视见颜色物理上复色光的成分必须指明每种波长的强度i（）.对人的视觉来说，只需指明3种锥状细胞的感光强度I1,I2,I3.15:

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42光谱光谱光谱光谱光强：

光束的平均能流密度谱密度总光强连续光谱和线光谱ddIi）（）（=0）（diI15:

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43氦光谱谱线宽度光学中的白光通常指和太阳连续光谱相近的混合光波15:

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43造成谱线宽度的主要原因造成谱线宽度的主要原因造成谱线宽度的主要原因造成谱线宽度的主要原因1.1.自然增宽：

自然增宽：

由能级自然宽度形成。

由能级自然宽度形成。

原子处在激发态有一定的寿命原子处在激发态有一定的寿命，hEE21+=hE2.2.多普勒增宽：

多普勒增宽：

分子、原子的分子、原子的热运动引起热运动引起.3.3.碰撞增宽：

碰撞增宽：

碰撞可增加原子能级宽度碰撞可增加原子能级宽度.由于谱线频率的展宽，一般波列的长度由于谱线频率的展宽，一般波列的长度只有几厘米或几毫米。

只有几厘米或几毫米。

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43光波可以用电磁波波函数描述光波可以用电磁波波函数描述光波可以用电磁波波函数描述光波可以用电磁波波函数描述波函数是Maxwell方程的解常用的特解是单色平面波和球面波由于自由Maxwell方程是线性方程，任何形式的光波可以写成这些特解的线性组合15:

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44单色波单色波单色波单色波空间各点电磁场以单一频率作简谐振荡光波振幅不随时间变化初始位相的空间分布与时间无关光波波列在空间上无限延伸，在时间上无限长15:

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44平面单色光波平面单色光波平面单色光波平面单色光波沿z轴正方向传播的平面简谐电磁波:

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44电磁学给出平面单色波的性质电磁学给出平面单色波的性质电磁学给出平面单色波的性质电磁学给出平面单色波的性质三者互相垂直，构成右旋系（横波）电、磁振幅都是常数，且有关系：

与同相位，即15:

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44光矢量光矢量光矢量光矢量底片、人眼等对电场敏感。

称电场矢量为光矢量2cos2cos）（cos000000+=+=+=ztEvztEvztEE15:

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44沿任意方向传播的平面单色波沿任意方向传播的平面单色波沿任意方向传播的平面单色波沿任意方向传播的平面单色波等相位面垂直于波矢K2=K标量波函数（通常意味近似）15:

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44单色球面波单色球面波单色球面波单色球面波以为球心的球面等相位单色球面波的振幅正比于，与能量守恒自洽标量波函数15:

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44波函数的复数形式波函数的复数形式波函数的复数形式波函数的复数形式可以带来数学计算上的方便15:

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45复振幅复振幅复振幅复振幅定义为略去时间相位因子的部分单色平面波的复振幅单色球面波的复振幅15:

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45光强的定义光强的定义光强的定义光强的定义玻印廷矢量的瞬时值15:

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45光强光强光强光强平均能流密度（与媒质有关）另一种定义（在同一种媒质中）15:

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45单色波的光强单色波的光强单色波的光强单色波的光强光强单色球面波的通过球面的能流是常数15:

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45波面、波线、波前波面、波线、波前波面、波线、波前波面、波线、波前波面：

等相面波线：

能量传播的路径在各向同性介质中，波线、波面处处正交波前：

泛指波场中的某一曲面，如接收屏15:

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46独立传播定律和线性叠加原理独立传播定律和线性叠加原理独立传播定律和线性叠加原理独立传播定律和线性叠加原理独立传播只在线性介质中成立（反例如变色玻璃）独立传播成立意味着光波的波函数服从线性叠加原理15:

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46同频、同振向光波的叠加同频、同振向光波的叠加同频、同振向光波的叠加同频、同振向光波的叠加-代数法代数法代数法代数法两列波的标量波函数叠加后，总波函数15:

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46其中，15:

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46同频、同振向光波的叠加同频、同振向光波的叠加同频、同振向光波的叠加同频、同振向光波的叠加-复振幅复振幅复振幅复振幅法法法法含时部分是公因子，总复振幅为只有两列波时和前面的结论相同，15:

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46同频、同振向光波的叠加同频、同振向光波的叠加同频、同振向光波的叠加同频、同振向光波的叠加-矢量矢量矢量矢量图解法图解法图解法图解法15:

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47驻波驻波驻波驻波入射、反射波的合成波，相位与无关，振幅与z有关15:

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47驻波驻波驻波驻波波腹波节15:

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47全反射时的驻波和行波全反射时的驻波和行波全反射时的驻波和行波全反射时的驻波和行波阴影区从法向看是驻波，z方向为行波15:

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47补充练习补充练习补充练习补充练习1.写出沿着y-z平面内与y轴夹角为方向传播的平面波函数。

2.一列垂直于x-y平面入射的平面波，在的界面处发生反射。

求驻波的复振幅。