光电效应：几何光学、光的干涉、光的衍射、光的电磁性

第一章几何光学 1基本规律 光程=ns,V= n 费马原理 a=0取极大、极小或常数→i=-,m1simB=n2sinB2 2.成像 ①单球面折射 2 r sin2 n2(s+r)2n2(s-r)2 2川n2(s+r)n'2(s2-r 保持同心性物像点 0. n-S+ r)2n2(s-r) n-S+ 榜轴条件: n'nn'-n r y n S ②球面镜成像n=-n, 十 ③薄透镜

1 第一章 几何光学 1.基本规律 光程 l  ns, . n c V        费马原理 l  0,l取极大、极小或常数. i i ,n sin n sin . 1 1  2  2     2. 成像 ①单球面折射                                    n s r n s r r sin n s r s n s r s 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 4  保持同心性物像点：         . n s r n s r , n s r s n s r s 0 1 1 0 2 2 2 2 2 2 2 2                榜轴条件： . r n n s n s n       n n n r , f n n nr f         . s f s f   1   . n s ns y y V       ②球面镜成像 n   n. r 2 s 1 s 1     , . 2 r f  f    s s V    ③薄透镜

十 n n -h n=n,f"=f,+ s=x+f, s'=x'+f, xx=∥, ④密接透镜组 P=, P=P+P ⑤望远镜M=-f E 第二章光的干涉 一光波基本描述 1v= =3.0×10m/s,n=√H c n o A v ny 2单色波 ①电场E=E0(p)osa-(p 磁场B=B(p) cos(ar-p(四)

2 . s f s f   1   . r n n r n n n , f r n n r n n n f L L L L 1 2 1 2             n   n, f   f , . s s f 1 1 1    . f x x f xx f ,V s x f ,s x f ,                 ④密接透镜组 s s , 2 1    . f f f 1 1 1 1 2   , f P 1  P P P .  1  2 ⑤望远镜 第二章 光的干涉 一.光波基本描述 1. n c v  c m s 8 0 0 3.0 10 1      ，n rr   .       c n n v c    0  0 , 2.单色波 ①电场 E  E  pcost  p 0   磁场 B  B  pcost  p 0   E o f f M  

②单色平面波 E= Eo cos at-kz+(n=E2epam-k·厂+9〗 波数k=2波k=26=Mk为传播方向的单位方向矢 量 波的相位amk,+q=am-R2+q其中R为在馬方 向上的投影 复振幅E()=Enep(m ③单色球面波 E coslat-kr+Po expl-ilat-kr+ po 复振幅为E(p)=evp(kr-g 3光强度 光强/=(s)=E=E(口l(口是电磁波能流密度 谱密度(x)=,(d1是-+机之间光强 d a=foi(ada 4.反衬度IM-Im 二、线性叠加原理(弱光情况下成立)

3 ②单色平面波   0    0 E  E cos t  k  z     ，      0   0 E p,t  E exp  i t  k r ~   波数 , 2 k    波矢 k0 kk0， 2 k        k0  为传播方向的单位方向矢 量。 波的相位 0 0 2 R    t  k r   t     ，其中 R 为 r  在 0 k  方 向上的投影. 复振幅 E p E expi  p. ~  0  ③单色球面波  0  0 cos t kr r A E         0  0 exp i t kr r A E p,t ~      复振幅为     0  0 exp i kr r A E p ~   . 3.光强度 光强 I s    E p. ~ E p ~ E *   2 0 s  是电磁波能流密度. 谱密度      d dI i  ，( dI 是  ～  d 之间光强).         0 0 I dI i  d 4. 反衬度 M m M m I I I I     二、线性叠加原理(弱光情况下成立):

1E(n,)=E(n,l)+E(p)+… 同方向光振动叠加 E(p,)=E(n)+E(m,d)+ 2同频率、同振向波的叠加 E,(p, t)=Eo(p)cos(ax-P, ( P) E2 P, t ) =Ezo(p)cos(at-p2 P E(p, t=Eo(e)cos(ar-P). E()=E品()+2E0()E2(p)o[(p)-g(p)+E品盈() Ero(e)sinp, p)+Ezo(e)sin2(D) 织0E(posq()+E2(p)st( 八()=()+l()+2((m)cosb =l(+yc)=l1+l2 三、光的干涉和相干条件 1.相干条件 ①位相差判据 当6=2m,(m=0,±+2,同位相) y=(Em+E,称为干涉极大对应亮纹; 当8=(2m+1)z,(m=0士,士2,反位相) n=En-En称为干涉极小对应暗纹 ②光程差判据

4 1. E p,t E1  p,t E2  p,t  .       同方向光振动叠加： E p,t  E1  p,t E2  p,t . 2.同频率、同振向波的叠加 E1  p,t  E1 0  pcost 1  p， E2  p,t  E2 0  pcost 2  p E p,t  E  pcost . 0 E  p E  p E  pE  pcos  p  p E  p 2 10 02 1 1 02 2 01 2 0   2                      . E p cos p E p cos p E p sin p E p sin p tg p 1 0 1 2 0 2 1 0 1 2 0 2         I p  I1  p I 2  p 2 I1  pI 2  p cos . I I  cos ,I I I . 0 0 1 2  1     三、光的干涉和相干条件 1. 相干条件 ①位相差判据 当   2m, m  0,1,2,  (同位相),   2 I M  E01  E02 ,称为干涉极大,对应亮纹； 当   2m  1 , m  0,1,2,  (反位相),   2 Im  E01  E02 , 称为干涉极小,对应暗纹. ②光程差判据

位相差6()=-m)=2x△() 其中(D)=m-mn 干涉极大M()=m 干涉极小4()=(m+ 3y 四、杨氏实验 1光程差△=n1-n2≈dsin.A≈d D maoD 2极大位置x (m=0土,+2,) 极小位置x (m+1/2D (m=0土,+2,) 3条纹宽度4=2D 4光强分布 () 2兀 (p) 2兀 d 2 实验中,I1≈I2=D,I=2l1+cosd2=4cs λD D 5最大光程差A〃=m=石 4 6光源S沿x方向移动δ,干涉条纹的移动at≈-6 7扩展光源

5 位相差   p  kr2  r1 .  l p 0 2   , 其中 l p  n1 r1  n2r2 . 干涉极大 l p  m0 . 干涉极小   0 2 1 l p m         . 四、杨氏实验 1.光程差 l  r  r  d sin . 1 2 . D x l  d 2.极大位置 m 0, 1, 2, d m D x 0      . 极小位置   m 0, 1, 2, . d m 1 2 D x 0        3.条纹宽度 . d D x 0   4.光强分布     . D x d 2 l p 2 p 0 0        实验中, I1  I 2  I0 , x . D d 4I cos D x d 2 I 2I 1 cos 0 2 0 0 0                    5.最大光程差 l m . 0 2 0 M 0       6.光源 S 沿 x 方向移动 s ,干涉条纹的移动 s. l D x    7.扩展光源