光学的历史回顾十七世纪下半叶牛顿：光的微粒说惠更斯：光的波动说十九世纪初托马斯•杨：双缝干涉实验、直边衍射现象菲涅尔：光的波动理论十九世纪中叶麦克斯韦：光的电磁波理论十九世纪末二十世纪初爱因斯坦：光子假设光的量子说波动光学波动光学光学光学研究光的现象、本性、光与物质相互作用几何光学以光的直线传播为基础，研究光在透(牛顿光学)明介质中的传播问题。波动光学以光的波动性为基础,研究光的电磁性质(物理光学)和传播规律,特别是光的偏振,干涉和衍射量子光学以光和物质相互作用时所显出的粒子性为基础,研究光和物质的相互作用等规律现代光学现代光学反映了光学于各个科技领域的紧密结合激光、全息摄影、光纤维光学计算机、傅里叶光学、红外技术、遥感、遥测等波动光学基础第十九章第十九章第19章光的偏振§19.1偏振光与自然光§19.2线偏振光的获得和检验§19.3椭圆（圆）偏振光的获得和检验§19-1原子发光模型一、光源和光谱一、光源和光谱rrr光源发射光的物体HEE类型：普通光源激光光源rV光矢量点光源:线度小到可以忽略的光源光源发光大量原子和分子持续、随机地发射的光波列一般光的频率不是单一的可见光的波长4000A0−−7600A0其频率范围：7.7×1014−−3.9×1014Hz光谱光的强度按频率（或波长）的分布光源种类：1.线谱光源:如气体放电管,钠光灯,水银灯,日光灯等线光谱H2HgNa太阳吸收光谱2.连续谱光源:(热辐射光源)如白炽灯,弧光灯,太阳等400nm500nm600nm700nm二、原子的发光模型二、原子的发光模型经典电磁理论——阻尼振荡偶极子，不对；基态近代物理激发态能级激发态光子E2ν=(E2-E1)/hE1基态h普朗克常数光波列原子模型原子模型原子或分子发光，每次发射Δx=cΔt的光是一个有限长的光波列普通光源独立(不同原子发的光)自发辐射独立(同一原子先后发的光)普通光源发光特点：普通光源发光特点：间歇性：各原子断续发光，平均发光时间约为10-8秒,所发出的是一段长为L=cΔt的光波列。随机性：每次发光是随机的，所发出各波列的振动方向和振动初位相都不相同。普通光源按光的激发分为以下几种普通光源按光的激发分为以下几种：：•热光源：利用热能激发的光源•电致发光：由电能直接转换为光能•光致发光：由光激发引起的发光•化学发光：由化学反应引起的发光其它光源：正负粒子碰撞湮灭等§19-2光波列的频谱宽度一个光波列，严简谐波列λ格讲不是一单色0光，有频谱宽度ΔλΔν或Δx=cΔt理论可证明：Δt为该波列的发光时间Δx⋅Δk≈2π或原子在激发态的寿命2π波矢k=λIB(k)振幅I2π2π0Δk=Δ=Δλλλ2I0/2Δλ波列长度oλλ0Δx⋅Δλ≈λ2Δλ或Δν：频谱宽度2πυ2πΔk=Δ()=Δυλυc简谐波列λ0Δx⋅Δk=2πΔt⋅Δυ≈2πΔx=cΔt⇒Δt⋅Δυ≈1IΔ⋅Δλ≈λ2xI0I0/2ΔλΔx→∞,Δλ→0oλλorΔt→∞,Δν→00Δλ或Δν：频谱宽度单色性愈好普通光源与激光光源普通光源与激光光源1.1.光的单色性光的单色性理想的单色光具有恒定单一频率的简谐波,它无限伸展2.2.普通光源：普通光源：自发辐射光源的最基本的发光单元是分子、原子。原子发光是间隙式的.各个原子的发光完全独立,互不相关.它们何时发光是不确定；发光频率,光的振动方向,光波的初位相以及光波的传播方向等都可能不同,是准单色光.因此,不同原子发的光不可能产生干涉现象.例如:普通灯泡发的光;火焰;电弧;太阳光等等3.3.激光光源：激光光源：受激辐射全同光子，完全一样(频率，相位，振动，传播方向)可以实现光放大;单色性好;相干性好例如:氦氖激光器;红宝石激光器;半导体激光器等造成谱线宽度的主要原因：造成谱线宽度的主要原因：1.自然增宽：由能级自然宽度形成。原子处在激发态有一定的寿命τ，ΔEΔE⋅τ≈hE22νΔE-----能级宽度ΔE+ΔEΔν=12ΔE1hE12.多普勒增宽：分子、原子的热运动引起.3.碰撞增宽：碰撞可增加原子能级宽度.由于谱线频率的展宽，一般波列的长度只有几厘米或几毫米。§19-3偏振态和偏振光自然光一、光波的偏振态一、光波的偏振态偏振态:光矢量E保持在特定振动方向上的状态振动面：光振动方向与光传播方向所确定的平面1、线偏振态（平面偏振态）光矢量在传播中始终保持在一个固定平面上振动KKKKKK垂