《光学教程》期末总复习解析ppt课件.ppt

.,*,光学教程,光学教程,1,第一章 光的干涉,获得相干光的基本方法：,把光源的微小区域,(,点光源,),发出的光波设法分成两束或多束,然后再使他们重新相遇频率相同,相位差恒定，振动方向基本在一条直线上,）,补充条件：振幅、位相差不能相差太大光程,合振动的光强,第一章 光的干涉获得相干光的基本方法：把光源的微,2,极值条件,位相条件,程差条件,明纹,暗纹,明纹,暗纹,P,0,y,极值条件位相条件程差条件明纹暗纹明纹暗纹P0y,3,二、空间相干性和时间相干性,空间相干性和时间相干性,时间相干性,空间相干性,临界宽度,双缝最大距离,S,1,d,/2,S,2,r,0,r,0,光源,d,0,/2,L,M,N,0,M,0,N,0,L,I,非相干叠加,+1,L,1,N,二、空间相干性和时间相干性 空间相干性和时间相干性时间相,4,三、分波面干涉（双光束干涉）,干涉花样,:,平行于狭缝、等间距、等强度的明暗相间条纹，中央为明条纹扬氏双缝干涉,明纹,暗纹,P,0,y,三、分波面干涉（双光束干涉）干涉花样:平行于狭缝、等,5,四、分振幅干涉（双光束干涉）,干涉花样明暗相间的同心圆环，干涉条纹呈现在透镜的焦平面上。

d,0,，条纹从中心向外长出，条纹变密；,d,0,，条纹向中心陷落，条纹变疏有半波损失）,等倾干涉,明纹,暗纹,等倾干涉,O,n,2,d,0,S,f,P,薄膜,透镜,光源,玻璃片,焦平面,i,i,i,i,k,k,四、分振幅干涉（双光束干涉）干涉花样明暗相间的同心圆环，干涉,6,干涉花样平行于棱的明暗相间条纹，有半波损失时，棱处为暗纹干涉条纹呈在劈尖表面上角度增加，条纹向棱边移动，条纹变密；,等厚干涉,明纹,暗纹,、不变，（垂直入射）,为劈的顶角,（有半波损失）,劈尖,干涉花样平行于棱的明暗相间条纹，有半波损失时，棱处为暗纹干,7,干涉花样,以接触点为圆心的一组,明暗相间的同心圆环，,中心（,d=0,）为暗斑明纹,暗纹,反射（有半波损失）,牛顿环,干涉花样 明纹暗纹反射（有半波损失）牛顿环,8,典型干涉设备,迈克耳孙干涉仪,反射镜移动，或插入玻璃片引起的光程变化，条纹移动情况S,M,1,M,2,G,1,G,2,E,M,2,a,1,a,1,a,2,a,2,半透半反膜,补偿板,反射镜,反射镜,光源,观测装置,若,M,2,/,M,1,等倾条纹,若,M,2,、,M,1,有小夹角,等厚条纹,典型干涉设备SM1M2G1G2EM2a1a1a2a2半,9,相邻透射光束的位相差,法布里珀罗干涉仪,0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,=0.02,=0.1,=0.4,=0.9,A,2/,IA,0,2,0,相邻透射光束的位相差 法布里珀罗干涉仪0.00.20,10,等振幅多光束干涉,N,个相干线光源干涉条纹示意图,N,=,2,N,=,3,N,=,4,N,=,10,N,很大,等振幅多光束干涉N个相干线光源干涉条纹示意图N=2N=,11,菲涅耳衍射,（近场衍射）：障碍物离光源和考察点距离都是有限远或其中之一的距离为有限远,夫琅和费衍射,（远场衍射）：光源和考察点到障碍物的距离可以认为是无限远,一、衍射分类,第二章 光的衍射,菲涅耳衍射（近场衍射）：障碍物离光源和考察点距离都是有限远或,12,h,R,hk,R,二、菲涅耳半波带菲涅耳衍射,偶数,最大,奇数,最小,1.,对,P,点若,S,恰好分成,K,个半波带：,hRhkR二、菲涅耳半波带菲涅耳衍射偶数最大奇数最小,13,光强介于最大,/,最小间,2.,对,P,点若,S,中含有不完整的半波带：,3.,若 不用光阑,（,R,hk,）：,4.,圆屏衍射,-,泊松点。

a,0,圆屏面积，,a,k+1,达,P,点的光愈强菲涅耳波带片,光强介于最大/最小间 2.对 P 点若 S 中含有不完整,14,夫琅和费单缝衍射,I,0,x,1,x,2,衍射屏,透镜,观测屏,f,夫琅和费多缝衍射,主极大,次极大,极小值,亮纹,(,),包络线为单缝衍射,的光强分布图,k=1,k=2,k=0,k=4,k=5,k=-1,k=-2,k=-4,k=-5,k=3,k=-3,中,央,亮,纹,k=6,k=-6,夫琅和费单缝衍射I0 x1x2衍射屏透镜观测屏 f夫琅和费多,15,三,.,几种衍射的情况表格（一）,中央亮纹角宽度,:,次级暗纹角宽度,平行于狭缝的明暗相间条纹,中央明纹特别亮,其宽度为次极大宽度的两倍,中央极大条件,:,次极大条件,:,单缝衍射因子,夫氏单缝衍射,圆孔中心轴上的光强有强弱变化,K,为偶数,K,为奇数,半波（奇或偶）,圆孔中心轴上任一点的光强,菲氏圆孔衍射,极小条件,极大条件,特征量,花样特征,极值条件,决定光强分布因素,光强分布,三.几种衍射的情况表格（一）中央亮纹角宽度:平行于狭缝的明,16,夫氏圆孔衍射,光强分布,决定光强分布因素,中央极大,:,以圆孔中心的以明暗相间的同心圆环,中央明纹特别亮,特别宽,(,爱里斑,),爱里斑半角宽度,:,爱里斑线半径,:,衍射光栅,单缝衍射因子和多光束干涉因子共同决定,主极大,:,平行于狭缝的明暗相间的条纹,多光束干涉受到单缝衍射因子的调制,条纹锐利,等宽,谱线半角宽,:,缺级条件,:,(,K,:,单缝衍射最小值的级数,),接上表,:,极小条件,极大条件,花样特征,光强分布决定光强分布因素爱里斑半角宽度:单缝衍射因子和多光束,17,第三章 几何光学,1,、直线传播定律,2,、独立传播定律,3,、光路可逆原理,4,、反射定律,面镜成像规律,（条件：近轴）,平面反射成像规律,单球面反射成像规律,5,、折射定律,折射成像规律,（条件：近轴）,棱镜的折射成像规律,平行平面板的折射成像规律,单球面折射成像规律,薄透镜成像规律,共轴球面系统成像规律,R,费马原理,B,A,第三章 几何光学1、直线传播定律2、独立传播定律3、光路可,18,2.,平面反射折射,全反射临界角 像似深度,y,=,y,n,2,n,1,3.,成像符号法则,4.,单球面反射成像,符号规则,实正虚负规则；,笛卡尔坐标规则,。

凹,凸,2.平面反射折射符号规则实正虚负规则；笛卡尔坐标规则19,5.,单球面折射成像,6.,薄透镜,7.,薄透镜、任意光线作图Gauss,公式,:,牛顿公式：,5.单球面折射成像Gauss公式:,20,第四章 光学仪器,放大本领：,放大镜：,显微镜：物镜横向放大率目镜放大本领,望远镜：,-U,O,-U,o,1,F,1,F,2,o,2,物镜系统,目镜系统,U,P,Q,P,Q,Q,P,U,-U,第四章 光学仪器放大本领：-UO-Uo1F1F2,21,2,、物镜与目镜,显微镜：,A,、惠更斯目镜,B,、冉斯登目镜,折射式望远镜,A,、开普勒望远镜,B,、伽利略望远镜,-U,O,-U,o,1,F,1,F,2,o,2,物镜系统,目镜系统,U,P,Q,P,Q,Q,P,U,-U,U,O,1,O,2,F,1,F,2,U,Q,P,Q,U,U,Q,O,Kepler,望远镜：,M,0,2、物镜与目镜显微镜：A、开普勒望远镜 B、伽利略望远镜-,22,3,、有效光阑、入瞳和出瞳的确定方法,（,1,）求出系统中每一个光阑经其前方光学系统所成的,像,2,）由确定的物点对第一个透镜,以及各个像作张角，通过比较确定其中张角最小的像。

3,）张角最小的像对应的光阑为有效光阑4,）张角最小的,像,为入瞳；将已确定的有效光阑经其后方光学系统成像，即可求得出瞳入射孔径角,u,u,u,L,P,M,N,A,B,A,B,F,3、有效光阑、入瞳和出瞳的确定方法（1）求出系统中每一个光阑,23,4.,分辨本领：,人眼：,显微镜：,望远镜：,-U,O,-U,o,1,F,1,F,2,o,2,物镜系统,目镜系统,U,P,Q,P,Q,Q,P,U,-U,4.分辨本领：-UO-Uo1F1F2o2物镜系统目,24,第五章 光的偏振,一、五种偏振态：,自然光：,线偏振光：,部分偏振光：,偏振度：,圆偏振光：,椭圆偏振光：,第五章 光的偏振一、五种偏振态：,25,二、两个基本定律：,三、,o,光和,e,光：,O,O,B,B,A,A,o,A,e,二、两个基本定律：OOBBAAoAe,26,四、偏振器件：,尼科耳棱镜：,沃拉斯顿棱镜：,波片,:,片：,能把圆偏振光线偏振光；也能使线偏振光椭圆、圆偏振光片：,能把左旋圆偏振光右旋圆偏振光,线偏光入射线偏振光,但,2.,片：入射线偏振光线偏振光,四、偏振器件：,27,五：偏振光的检验：,五：偏振光的检验：,28,六、偏振光的干涉：,所以：,其中,：,六、偏振光的干涉：所以：其中：,29,第六章 光的吸收、色散和散射,电偶极辐射对反射和折射现象的解释,光通过均匀物质时，各分子将依次按入射光到达分子时的相位做受迫振动。

做受迫振动的各分子将依次发出次级电磁波光的强度随穿进媒质的深度而减少的现象,称为媒质对光的,吸收,朗伯定律,吸收光谱,产生连续光谱的光源所发出的光，通过有选择吸收的介质后，用分光计可以看出某些线段或某些波长的光被吸收这就形成了吸收光谱第六章 光的吸收、色散和散射电偶极辐射对反射和折射现象的解,30,第六章 光的吸收、色散和散射,在光学性质均匀的介质中或两种折射率不同的均匀介质的界面上，无论光的直射、反射或折射，都仅限于在特定的一些方向上，而在其他方向光强则等于零，我们沿光束的侧向观察就应当看不到光但当光束通过光学性质不均匀的物质时，从侧向却可以看到光，这种现象叫做,光的散射,散射会使光在原来传播方向上的光强减弱，它遵从如下指数规律,波长越小，散射越强，波长越大，散射越弱，这种散射称瑞利散射散射光的强度,第六章 光的吸收、色散和散射 在光学性质均匀的,31,第六章 光的吸收、色散和散射,分子散射,在光学性质完全均匀的物质中，光的散射不应该发生，但在某种程度上仍可以观察到散射光，这是由于物质分子密度的涨落所引起的由于分子密度的起伏取决于分子的无规则运动所以这种散射称为,分子散射,第六章 光的吸收、色散和散射分子散射,32,第六章 光的吸收、色散和散射,这种物质折射率随波长不同而发生变化的现象叫,光的色散,。

同一种物质在不同的波长区的角色散率有不同的值这表示折射率与波长之间有比较复杂的关系棱镜的角色散率为：,称为柯西方程，式中a、b和c均为正的常量，它们由材料的性质决定第六章 光的吸收、色散和散射这种物质折射率随波长不同而发生,33,第七章 光的量子性,光的相速度和群速度,相速度：严格的单色波（,有单一确定值）所特有的一种速度瑞利公式（相速度和群速度的关系）,只有在有色散介质中，才必须区分群速度和相速度，真空中二者是没有区别的第七章 光的量子性光的相速度和群速度相速度：严格的单色波（,34,第七章 光的量子性,叫做该物体在温度T时发射频率为 的,单色辐射出射度,（简称单色辐出度）,物理意义,：从物体表面单位面积发出的、频率在 附近的单位频率间隔内的辐射功率从物体表面单位面积上发出的各种频率的总辐射功率称为物体的辐射出射度（简称辐出度）第七章 光的量子性 叫做该物体在温,35,第七章 光的量子性,黑体辐射,物体的表面几乎不反射光，它们能够在任何温度下吸收射来的一切电磁辐射，这类物体叫,绝对黑体,，简称,黑体,黑体的单色辐出度：,斯忒藩-玻耳兹曼公式：,维恩,根据电磁理论和热力学理论得到,维恩位移定律,：,瑞利与金斯试图把能量均分定理应用到电磁辐射能量密度按频率分布的情况中。

得出：,称为,瑞利-金斯公式,第七章 光的量子性黑体辐射 物体的表面几乎不反,36,第七章 光的量子性,普朗克,黑体辐射公式,：,光电效应,电子在光的作用下从金属表面发射出来的现象称为,光电效应,，逸出来的电子称为,光电子,1）,饱和电流 的大小与入射光的强度成正比2）,光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有关3）,频率低于 的入射光，无论光的强度多大。