H光的特性(精)

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第一章 光波与光源 光的电磁理论 激光的原理、特性和应用 发概要

第一章 光波与光源 光的电磁理论 激光的原理、特性和应用 发概要

五、激光器的种类 种类分固体激光器、气体激光器、染料激光器。 固体激光器:以绝缘晶体或玻璃为工作物质。 少量的过渡金属离子或稀土离子掺入晶体或玻璃, 经光泵激励后产生受激辐射作用。主要有红宝石激 光器、钛宝石激光器、半导体激光器。 气体激光器:如He-Ne激光器、氩离子激光器、 CO2激光器、N2分子激光器等。 染料激光器:采用在适当的溶剂中溶入有机染 料作为激光器的工作物质。
3 受激吸收过程:在满足两能级之差的外来光子的 激励下,处在低能级的原子向高能级跃迁,c)图 受激辐射与受激吸收过程同时存在:实际物质 原子数很多,处在各个能级上的原子都有,在满足 两能级能量之差的外来光子激励时,两能级间的受 激辐射和受激吸收过程同时存在。当吸收过程占优 势时,光强减弱;当受激辐射占优势时,光强增强。
2、N2/ N1>1时,高能级E2上原子数大于低能级E1 上原子数,称粒子数反转分布,有dN21 > dN12,表 明光经介质传播的过程中受激辐射的光子数大于受 激吸收的光子数,宏观效果表现为光被放大,或称 光增益。能引起粒子数反转分布的介质称为激活介 质或增益介质。实现粒子数反转分布是产生激光的 必要条件。 设增益介质的增益系数为G,在此介质z处的光强 为I(z),经dz距离后光强改变dI,则dI=GIdz ,积分得 I ( z) I 0eGz I0为z=0处的光强
E2 E1 h
光发射的三种跃迁过程
1 自发辐射:处在高能级的原子以一定的几率自发的向低 能级跃迁,同时发出一个光子的过程,a)图; 2 受激辐射过程:在满足两能级之差的外来光子的激励下, 处在高能级的原子以一定的几率自发向低能级跃迁,同时 发出另一个与外来光子频率相同的光子,b)图; 两种辐射过程特点的比较: 自发辐射过程是随机的,发出一串串光波的相位、传播 方向、偏振态都彼此无关,辐射的光波为非相干光; 受激辐射的光波,其频率、相位、偏振状态、传播方向 均与外来的光波相同, 辐射的光波是相干光。

固体物理简介

固体物理简介

固体物理简介
11

E2

自 发

辐 射

E1

(
dN21 dt
)自发
N2 A21


E2


受 激 吸 收

E1

( dN12 dt
)吸收
k N1 I W12



E2
受 激



E1
射 系
(
dN21 dt
)受激
k N2I
B21

光波的频率 相位偏振态
自发 辐射
无关
受激 辐射
全同
一般情况下 W12 B21
普通光源一自发辐射 激光光源一受激辐射
一.激光的特性及分类
1. 高方向性 激光发散角极小,可小到 10-4 弧度, 可用于定位,准直,导向,测距等。
比如:投射到月球(38万公里)后,光斑直径仅约2公里 测地球—月球距离精度达几厘米
固体物理简介
3
2. 高单色性
例如:氦-氖激光器的单色性为
< 10-17 m
A21 自发辐射系数
A21 —— 单个原子在单位时间内发生自发辐射的概率
固体物理简介
7
2. 受激吸收
若原子处在某个能量为E1的低能级,另有某个能量
为E2的高能级,当入射光子的能量 h = E2 E1 时,原
子就可能吸收光子,从低能级跃迁到高能级,
这个过程 —— 受激吸收
设 N1 、N2 分别为单位体积中处于 E1(瞬时功率可达 1014 W )
固体物理简介
5
➢ 波长范围: 极紫外 ─ 可见光 ─ 亚毫米

HFDF激光传输的大气衰减特性

HFDF激光传输的大气衰减特性

第15卷 第1期强激光与粒子束Vol.15,No.1 2003年1月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Jan.,2003 文章编号: 100124322(2003)0120017204HF/DF 激光传输的大气衰减特性Ξ曹百灵, 邬承就, 饶瑞中, 魏合理, 袁怿谦, 龚知本(中国科学院安徽光学精密机械研究所,国家863计划大气光学重点实验室,安徽合肥,230031) 摘 要: 大气中的水汽对DF 激光主要强线的吸收相对较小,而HF 激光的大多数谱线受水汽和CO 2分子等的吸收较大。

利用较新的HITRAN96数据库和我国不同地区的气象资料,采用逐线积分法计算了HF/DF 激光的大气衰减情况。

所选的谱线中,在合肥地区(年平均),HF 的水汽吸收系数最大值可达到10km -1的数量级,二氧化碳吸收系数最大可达10-4~10-3km -1量级,P 2(8)线吸收最弱;DF 激光水汽吸收系数最大值可达到10-1km -1,比HF 低2个量级,且随高度衰减很快,10km 处就到10-5~10-4km -1量级,P 2(8)线吸收最弱。

在我国,由南向北,由夏季到冬季,水汽浓度减少,大气对HF/DF 激光的吸收率也相应地递减。

关键词: HF/DF 激光; 激光大气传输; 吸收系数; 吸收率 中图分类号: O433.1 文献标识码: A HF/DF 激光的出现和研究开始于60年代,在化学激光的研究领域中占有极为重要的地位,后来逐渐发展成重要的高功率化学激光器。

已有许多工作者对HF/DF 激光各谱线的大气气体分子吸收及衰减情况作了理论计算[1~4]和实验测量[4~6],但这些理论计算大都是在模式大气[3]条件下。

我们利用国内一些地区的气象资料,对HF/DF 激光一些主要谱线的大气吸收和衰减情况作了计算,进行了比较和分析。

1 HF/DF 激光的光谱分布 HF/DF 化学激光器属于双原子分子振动跃迁激光器。

光波的特性(精)

光波的特性(精)
105 I 10 1015 W / m2 10
5. 光电磁场的能流密度
相应的光电场强度振幅为
20 cI E0 n
1/ 2
0.87 109 V / m
应当指出,在有些应用场合,由于只考虑某一种 介质中的光强,只关心光强的相对值因而往往省赂比 例系数,把光强写成
3. 物质和 是空间位置的坐标函数, 即应当表示成 (x,y,z)、 (x,y,z) 和(x,y,z); 若介质的光学特性是各向异性的,则 、 和 应当 是张量,因而物质方程应为如下形式:
D E B H J E
= (7.6 4.0)1014 HZ
这波段内电磁波叫可见光。在可见光范围内,不同 频率的光波引起人眼不同的颜色感觉。
760 630 600 570 500 450 430 400(nm)



绿



1. 电磁波谱
通常所说的光学区域(或光学频谱)包括红外线、可 见光和紫外线。由于光的频率极高(1012~1016Hz),数 值很大,使用起来很不方便,所以采用波长表征,光 谱区域的波长范围约从 1mm~10 nm。
式中,sz 是能流密度方向上的单位矢量。
5. 光电磁场的能流密度 因为由(10)式有, E0 H 0 ,所以 S 可写为
n 2 S sz E0 cos 2 (t kz ) 0 c (16)
该式表明,这个平面光波的能量沿 z 方向以波动形 式传播。由于光的频率很高,例如可见光为 1014 量 级,所以 S 的大小 S 随时间的变化很快。而目前光 探测器的响应时间都较慢,例如响应最快的光电二极 管仅为 10-8~10-9 秒,远远跟不上光能量的瞬时变化, 只能给出 S 的平均值。

高中物理选修3-1光的知识点

高中物理选修3-1光的知识点

光知识点归纳光的折射知识点一、反射定律和折射定律1.光的反射(1)反射现象:光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时,一部分光会返回到第1种介质的现象。

(2)反射定律:反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的两侧;反射角等于入射角。

2.光的折射(1)折射现象:如图所示,当光线入射到两种介质的分界面上时,一部分光被反射回原来介质,即反射光线OB。

另一部分光进入第2种介质,并改变了原来的传播方向,即光线OC,这种现象叫做光的折射现象,光线OC称为折射光线。

(2)折射定律:折射光线跟入射光线与法线在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

即sinθ1sinθ2=n12,式中n12是比例常数。

3.光路可逆性在光的反射和折射现象中,光路都是可逆的。

如果让光线逆着出射光线射到界面上,光线就会逆着原来的入射光线出射。

知识点二、折射率1.定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫这种介质的折射率.定义式:n =sin θ1sin θ2. 2.意义:反映介质的光学性质的物理量.折射率越大,光从真空射入到该介质时偏折越大.3.折射率与光速的关系:某种介质的折射率,等于光在真空中的传播速度c 与光在这种介质中的传播速度v 之比,即n =c v ,任何介质的折射率都大于1.知识点三、插针法测定玻璃的折射率1.实验原理:如图所示,当光线AO 1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO 1对应的出射光线O 2B ,从而求出折射光线O 1O 2和折射角θ2,再根据n =sin θ1sin θ2或n =PN QN ′算出玻璃的折射率。

2.实验器材:玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔。

3.实验步骤(1)将白纸用图钉钉在木板上。

(2)在白纸上画出一条直线aa ′作为界面(线),过aa ′上的一点O 画出界面的法线NN ′,并画一条线段AO 作为入射光线,如图。

氦和氢离子注入含表面绝缘层单晶硅引起的损伤及发光性质(精)

氦和氢离子注入含表面绝缘层单晶硅引起的损伤及发光性质(精)

氦和氢离子注入含表面绝缘层单晶硅引起的损伤及发光性质高剂量轻气体离子注入Si基材料可以诱发一系列现象。

如气泡、表面发泡和表面剥离等。

研究这些现象对于气体离子与固体相互作用的基本过程以及气体离子注入在现代微电子器件中的应用具有重要的理论和实践意义。

本论文运用轻气体离子注入含表面绝缘层单晶Si,借助于多种表面和微结构测试手段,详细研究了注入及随后的高温退火诱发的表面损伤及微观缺陷形成和热演变规律,并探讨了表面损伤形成的可能机制。

同时还研究了轻气体注入这类材料的发光特性及可能的发光机制。

具体研究内容及结果如下:(1)采用5×1016/cm~2,160 keVHe和1×1016/cm~2,110 keVH离子双注入Si_3N_4/Si 样品。

借助于扫描电子显微镜(SEM),光学显微镜(OM)和原子力显微镜(AFM)研究了表面损伤及热演变规律。

通过横截面试样透射电子显微镜(XTEM)观测了样品内部缺陷的分布。

表面损伤研究结果表明,He和H双离子联合注入Si_3N_4/Si 样品会诱发一系列的表面现象且强烈依赖于退火温度。

注入态样品未观测到任何表面效应。

经过500oC退火,样品表面会出现单层剥离,它对应于表面Si_3N_4层的剥离。

而退火温度增加到600oC及以上时,除了Si_3N_4层剥离之外,还观测到了表面发泡、注入硅层的剥离现象,即出现了两层剥离现象。

气体离子注入Si_3N_4/Si样品诱发的两层剥离现象尚未见文献报导。

XTEM结果表明,H离子的附加注入促进了氦泡在高温退火下的有效生长,导致气泡间连通的发生。

增加的气压导致连通区,连通区域的形变向表面传递是样品表面发生剥离的主要原因。

另外,借助于形变产生的应力,并考虑到Si_3N_4材料的机械力学性能对单层剥离现象可能的机制进行了探讨。

(2)在相同的注入条件下,对SiO_2/Si样品进行了相似的研究。

表面损伤研究结果表明,He和H离子注入仅仅在600oC以上退火温度使样品表面产生了发泡。

光的波性质

光的波性质

1.2折射率
当一个电磁波在介质中行进时,振荡的电场使得介质的分
子在波的频率下极化。由于相对的介电系数 r 是测量介质极化 的难易程度,因此可说明电场与感应偶极之间作用的程度。在
介电常数 r 的电介质中,相速度 v 为
v 1
r00
(1.2.1)
涉及光电装置的典型频率落在红外線 (远红外线 )、可见
光、紫外线,一般将这些频率当成光学频率,它们涵盖在大约
vector) (或传播向量 (propagation vector)),其大小为传播常
数,即 k 2 / 。当电磁波沿着某任意方向 k 传播时,则垂直
于 k 之平面上的点 r 的电场 E (r , t) 为
E (r , t) E0 cos (t k r 0 )
如果波的传播是沿着 z,则 k r 就变为 kz。
cos
[
1 2
(
A
B)]
cos
[
1 2
(
A
B)],我们
得到
Ex (z , t) 2E0 cos[( ) t ( k) z]cos(t kz)
解:
利用式 (1.1.7),可以发现
瑞利距为
2
4 (2w0 )
4 (633109 m) (10103 m)
8.06 105
rad
0.0046
zo
wo2
[(1103 m)/2]2 (633109 m)
1.24 m
在25m距离处的光束宽度为
2w 2wo[1 (z / zo )2 ]1/2 (1103 m){1 [(25 m) / (1.24 m)]2}1/2 0.0202 m 或 20 mm
[()t ( k)z] 2m 常數 (为m整数)时,场中出现最大值,

光纤特性实验研究实验报告

光纤特性实验研究实验报告

光纤特性实验研究一、光纤耦合及光纤器件传输效率测试实验光纤是光导纤维的简写,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。

前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想,高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖A】实验原理1.光纤的结构纤芯材料的主体是二氧化硅,里面掺极微量的其他材料,例如二氧化锗、五氧化二磷等。

掺杂的作用是提高材料的光折射率。

纤芯直径约5~~75μm(芯径一般为50或62.5μm)。

光纤外面有低折射率包层,包层有一层、二层(内包层、外包层)或多层(称为多层结构),但是总直径在100~200μm上下(直径一般为125μm)。

包层的材料一般用纯二氧化硅,也有掺极微量的三氧化二硼,最新的方法是掺微量的氟,就是在纯二氧化硅里掺极少量的四氟化硅。

掺杂的作用是降低材料的光折射率。

这样,光纤纤芯的折射率略高于包层的折射率。

两者折射率的区别,保证光主要限制在纤芯里进行传输。

包层外面还要涂一种涂料,是加强用的树脂涂层,可用硅铜或丙烯酸盐。

涂料的作用是保护光纤不受外来的损害,增加光纤的机械强度。

光纤的最外层是套层,它是一种塑料管,也是起保护作用的,不同颜色的塑料管还可以用来区别各条光纤。

2.光纤的数值孔径概念:入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输,只是在某个角度范围内的入射光才可以。

这个角度就称为光纤的数值孔径。

光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。

不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。

3.光纤的种类:A.按光在光纤中的传输模式可分为:单模光纤和多模光纤。

多模光纤:中心玻璃芯较粗(50或62.5μm),可传多种模式的光。

但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。

例如:6 00MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。

因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。

单模光纤:中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm),只能传一种模式的光。

(完整word)大学物理教案 光的干涉、衍射与偏振

(完整word)大学物理教案 光的干涉、衍射与偏振

教学目标 掌握惠更斯-菲涅耳原理;波的干涉、衍射和偏振的特性,了解光弹性效应、电光效应和磁光效应。

掌握相位差、光程差的计算,会使用半波带法、矢量法等方法计算薄膜干涉、双缝干涉、圆孔干涉、光栅衍射。

掌握光的偏振特性、马吕斯定律和布儒斯特定律,知道起偏、检偏和各种偏振光。

教学难点 各种干涉和衍射的物理量的计算。

第十三章 光的干涉一、光线、光波、光子在历史上,光学先后被看成“光线"、“光波”和“光子”,它们各自满足一定的规律或方程,比如光线的传输满足费马原理,传统光学仪器都是根据光线光学的理论设计的。

当光学系统所包含的所有元件尺寸远大于光波长时(p k =),光的波动性就难以显现,在这种情况下,光可以看成“光线”,称为光线光学,。

光线传输的定律可以用几何学的语言表述,故光线光学又称为几何光学。

光波的传输满足麦克斯韦方程组,光子则满足量子力学的有关原理。

让电磁波的波长趋于零,波动光学就转化为光线光学,把电磁波量子化,波动光学就转化为量子光学。

二、费马原理光线将沿着两点之间的光程为极值的路线传播,即(,,)0QPn x y z ds δ=⎰三、光的干涉光矢量(电场强度矢量E )满足干涉条件的,称为干涉光。

类似于机械波的干涉,光的干涉满足:222010*********cos()r r E E E E E ϕϕ=++-1020212cos()r r E E ϕϕ-称为干涉项,光强与光矢量振幅的平方成正比,所以上式可改写为:12I I I =++(1—1)与机械波一样,只有相干电磁波的叠加才有简单、稳定的结果,对非干涉光有:1221,cos()0r r I I I ϕϕ=+-=四、相干光的研究方法(一)、光程差法两列或多列相干波相遇,在干涉处叠加波的强度由在此相遇的各个相干波的相位和场强决定。

能够产生干涉现象的最大波程差称为相干长度(coherence length )。

设光在真空中和在介质中的速度和波长分别为,c λ和,n v λ,则,n c v νλνλ==,两式相除得n vcλλ=,定义介质的折射率为: c n v=得 n nλλ=可见,一定频率的光在折射率为n 的介质中传播时波长变短,为真空中波长的1n倍.光程定义为光波在前进的几何路程d 与光在其中传播的介质折射率n 的乘积nd .则光程差为(1)nd d n d δ=-=-由光程差容易计算两列波的相位差为21212r r δϕϕϕϕϕπλ∆=-=-- (1—2)1ϕ和2ϕ是两个相干光源发出的光的初相。

大学物理课件光学

大学物理课件光学
27
06
实验方法与技巧
2024/1/25
28
分光计调整与使用注意事项
2024/1/25
调整分光计底座水平
使用水平仪确保分光计底座水平,避免影响后续测 量精度。
调整望远镜对平行光聚焦
通过目镜观察平行光是否聚焦在分划板上,调整望 远镜位置实现对平行光的聚焦。
调整平行光管发出平行光
通过调整平行光管的位置和角度,使其发出的光为 平行光,为后续实验提供准确的光源。
31
干涉法测微小量实验步骤及数据分析方法
计算微小量
根据干涉条纹间距和数量,利用干涉公式计算出待测微小量。
误差分析
对实验数据进行误差分析,评估测量结果的准确性和可靠性。
2024/1/25
32
衍射法测波长实验原理及操作过程
实验原理
当单色光通过单缝或小孔时, 会发生衍射现象,形成明暗相 间的衍射条纹。通过测量衍射 角或衍射条纹间距,可以计算 出单色光的波长。
光电效应
当光照在金属表面时,金属中的电子会吸收光子的能量并 从金属表面逸出,形成光电流。光电效应实验证明了光的 量子性。
康普顿效应
当X射线或γ射线与物质相互作用时,光子将部分能量转移 给电子,使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进 一步证实了光的粒子性。
7
02
光的干涉现象及应用
2024/1/25
发生衍射现象,形成特定的衍射图样。
2024/1/25
03
X射线衍射在晶体结构分析中的应用
通过分析X射线衍射图样,可以确定晶体的晶格常数、原子间距等结构
参数,进而推断出晶体的化学组成和晶体结构。这对于研究物质的性质
和开发新材料具有重要意义。
17

光的波动性与粒子性解密光的量子性质

光的波动性与粒子性解密光的量子性质

光的波动性与粒子性解密光的量子性质光,作为电磁辐射的一种,既具有波动性,又具有粒子性。

这一奇妙的双重性质在近代物理学研究中引起了广泛的关注与深入的探索。

本文将对光的波动性和粒子性进行解密,从而揭示光的量子性质。

一. 光的波动性光的波动性是指光的传播具有波动性质。

在光学研究发展初期,科学家们通过一系列实验观察到了光的干涉、衍射、折射等现象,这些现象都表明光是一种波动形式的电磁辐射。

比如Young实验证明了光的干涉,Fresnel衍射实验证明了光的波动性质。

光的波动性还可以通过光的频率和波长来描述。

频率指的是光波的振动次数,波长指的是在单位时间内光波传播的距离。

根据波长不同,人类眼睛能够感知到的光被分为不同的颜色,从红光到紫光波长逐渐减小。

二. 光的粒子性光的粒子性是指光的传播具有粒子-光子的性质。

20世纪初,物理学家爱因斯坦提出了“光子”这个概念,将光和具有粒子性质的物质进行了统一。

根据光的粒子性,光可以看作是由一连串的光子组成的,每个光子携带一定的能量。

光的粒子性的最有力的证据是光电效应。

根据光电效应,当光照射到金属上时,光子与金属表面的电子发生相互作用,使电子从金属表面被抽离出来。

这一过程表明光具有粒子性,并揭示了光的量子性质。

三. 光的量子性质光的量子性质是指光的能量具有离散化的特征。

根据量子力学理论,光的能量以量子的形式存在,能量的最小单位为光子。

光子的能量与光波的频率有直接关系,能量等于光波频率乘以一个常数h,即E = hν(E代表能量,ν代表频率,h为普朗克常数)。

光的量子性在现代技术和应用中具有广泛的应用价值。

量子光学技术利用光的量子特性,实现了高精度的测量、超高速通信和量子计算等。

光通信中的光纤传输、光存储技术等都离不开对光的量子性的充分理解和应用。

结论光既具有波动性,又具有粒子性,这种波粒二象性是光量子性质的基础。

光的波动性表现为干涉、衍射等波动现象,而光的粒子性通过光电效应得到验证。

激光的原理与特性

激光的原理与特性

3、亮度高强度大
亮度是光源在单位面积上,向某一方向的 单位立体角内发射的功率.
1米长的40W日光灯,与1米长的40W CO2 激光器 相比亮度相差1010=100亿倍. 红宝石脉冲激光器1016KW/cm2比太阳高100 亿倍.
可用于制造微光武器,在千分之几秒内将 钢板击穿,也可用于控核聚变,触发氢弹。 激光碎石术正是利用此特性。
• 辐射亮度,与人眼对不同波长的感觉无关. YAG激光看不见,但可以切割骨骼、肿瘤等, He-Ne激光能看见,但只能做理疗。
相干性好
若频率相同、振动方向相同的两列波,在相 遇处位相差恒定,这两列波就是相干的。
激光是受激辐射,受激辐射的光子其频率和 振动方向均相同,且光子之间又相互关联,所 以在较长时间内位相差可保持恒定的。因此, 激光具有很好的相干性。
2、激光生物作用机理
• 光致发光作用 • 光致发热作用 • 光敏压强作用 • 光致化学反应 • 光的电磁场作用 • 光致生物刺激作用
3、激光治疗的基本方法及其原理
激光外科术 激光针灸术 激光光动力学术
激光理疗术 激光内镜术
a.激光外科手术
切割:激光光刀(热光刀、冷光刀) 止血:激光光凝 缝合:激光焊接粘合
c、激光穴位治疗
用弱激光的生物刺激作用代替传统的针和灸的刺激进 行治疗称之为激光穴位治疗。
激光穴位治疗对人体作用的基础实验 He-Ne激光穿透能力研的究实验研究
穴位的特异性实验研究 热效应实验研究 对皮肤电阻影响实验研究 对神经系统及肌肉组织的影响实验研究 激光穴位治疗循经传导实验研究 对免疫功能影响的实验研究 镇痛作用实验研究 激发经络隐性传感实验研究
4A2
R2 :629.9nm 基态
红宝石中Cr3+能级

物理光学复习

物理光学复习

由光栅方程:=d (sin sin i) (m m),可以得到:
N
1、m级谱线的位置 sin = m
d
2、谱线的半角宽度 Nd cos
3、谱线的角色散 d m , 线色散 dl f d
d d cos
d d
注意:求2、3,首先要求1
光栅的色分辨本领:A mN
光栅的自由光谱范围: / m
自由光谱范围: =12 2
SR 2h 2h
分辨率:A
0.97mS
0.97
2h λ
S
m
第三部分 光的衍射
惠更斯 原理
基尔霍夫 衍射公式
近场:菲涅 耳衍射
远场:夫琅 和费衍射
菲涅尔 波带片
典型孔径的 夫氏衍射
多缝夫琅和 费衍射
衍射光栅
➢ 衍射的本质:子波干涉。干涉和衍射的实现条件,干涉和衍射 的区别与联系。
物理光学复习课
核心理论
光的本质属性是粒子性和波动性, 物理光学认为光是一种电磁波
数学基础
麦克斯韦方程组、物质 方程、惠-菲-基原理
典型特征
干涉、衍射、偏振
光波与物质 联系的特征
界面折射与反射 晶体光学
第一部分 光的电磁理论基础
麦克斯 韦方程
波动方程
反射定律和 菲涅耳公式
光的吸收、色散和散射
平面电磁波的性质
振幅、能量、相位 和偏振态的改变
线性吸收、正常和反常色散、 散射的波长依赖以及偏振特性
光的叠加 驻波、椭圆偏 振光的产生
波动 方程
平面波(基本解)、球面波(理想点光源)、柱面波(理想线光源)
相速度:v 1 = c r r 折射率:n c v r r
在空间域中(时间轴为某

光波光的特性与光的干涉

光波光的特性与光的干涉

光波光的特性与光的干涉光波(Light Wave)是一种电磁波,在光学领域中拥有许多独特的特性和行为。

本文将介绍光波的特性,并详细探讨光的干涉现象。

一、光波的特性光波作为电磁波,具有以下几个重要的特性:1. 光波的波长(Wavelength):波长表示光波的周期性重复单位,通常用λ表示。

不同波长的光波对应不同的颜色,例如可见光中,红光的波长约为700纳米,紫光的波长约为400纳米。

2. 光波的频率(Frequency):频率表示光波的周期数,通常用ν表示。

光波的频率与波长之间满足以下关系:速度 = 波长 ×频率,其中速度为光速,约为3×10的8次方米/秒。

3. 光波的振幅(Amplitude):振幅表示光波能量的大小,也可以理解为光波的亮度。

振幅越大,光波越亮。

4. 光波的相位(Phase):相位表示光波的起伏状态,用来描述光波的位置和变化情况。

不同相位的光波可以相互干涉,产生干涉现象。

二、光的干涉现象光波的干涉是指两个或多个光波相互叠加、相互作用的过程。

在特定条件下,干涉会产生明暗相间的条纹,揭示出光的波动性。

干涉现象常见的表现形式有两种:1. 干涉条纹(Interference Fringes):当两束具有一定相位差的光波相互叠加时,会发生干涉,形成明暗相间的干涉条纹。

典型的干涉条纹实验是杨氏双缝实验,通过一个屏幕上的双缝将光波分为两束,在屏幕另一面观察到的干涉条纹。

2. 干涉色(Interference Colors):当光束经过光学薄膜或由不同介质组成的薄层时,由于反射和折射的作用,会发生干涉现象,形成干涉色。

这种现象常见于薄膜干涉、牛顿环等实验中,给我们展示了光波的波动性和微弱变化。

三、光波的应用基于光波的特性和干涉现象,光学应用得以广泛发展,影响了众多领域。

以下是几个常见的光波应用:1. 波长选择器:利用干涉现象和不同波长的光波在厚度相同的薄膜中产生不同的相位差,可以实现波长选择和滤波功能。

激光概述

激光概述

多路合成角度全息用于艺术品展示
全息激光防伪标签,已经是一个很大的产业
(2)激光全息存储
❖ 利用激光干涉原理将图文等信息记录在感光介 质上的大容量信息存储技术 通过将缩微胶片 上的影像转变为光信息,然后制出存储密度更 大的全息图 全息图是由干涉条纹组成的影像, 该条纹记录了入射光线的全部信息—振幅和相 位 阅读还原时,需在激光照射下利用条纹影 像的衍射原理使其再现
与其他种类电视(等离子体、液晶电视等)相比,激光电视在技术上具有明显优势。 据专家介绍,彩色电视机自1954年问世至本世纪初以来,一直以阴极射线管为基础, 通过提高荧光粉的发光效率、增大显示屏的尺寸、平面化荧光屏的显示表面、改进接 收和播放信号处理系统等提高彩色电视机的技术含量和增强市场竞争力。
随着科技的进步和发展,以阴极射线管作为显示器,逐步暴露出越来越多的缺点和不 足,如会产生对使用者身体健康非常有害的电磁辐射、荧光粉不能完美显示影像的颜 色、显示屏的尺寸难以做大、彩色电视机整机体积大,重量大等。
书中记载:放平了看,这是一块残缺的玻璃片,但斜向阳光看去, 就
有一个“仙人”坐在里面,仪容端庄,面色微红,双目炯炯,胸前飘着长长 的白须,头戴红色道冠,,穿紫色衣服, 右手执一柄羽毛扇,身旁还侍立 着一个童子。
姚元之在清代嘉庆、道光两朝,做官近40年,经历丰富,博学能文,著 述严谨。 囿于当时认识水平,姚元之把这一奇异现象解释为在雷雨时刻, 一位避劫的仙灵精气聚合不散,附着在玻璃上而成。
影,有坐着做祈祷的半裸体印第安人,有手捋胡子的白发老人,有带着一群 孩子的年轻妇人,还有手拿帽子、带着披风的印第安老农等。
在仅有八毫米的圣女像的双眼中,竟容纳这么多人,这在科学上是很难 解释的。 这些图像是怎样形成的? 还有待科学家们进一步考用分光镜一分为二,其中一束照到 被拍摄的景物上,称为物光束;另一束直 接照到感光胶片即全息干板上,称为参考 光束。当光束被物体反射后,其反射光束 也照射在胶片上,就完成了全息照相的摄 制过程

大学物理第16章早期量子论

大学物理第16章早期量子论

1 hn m 2 A 2
(2) 由公式 1 mυ 2 eU a 2 可求得: Ua=1.19 (V)
1 hc hc 2 mυ 2 l lo
A = hn 0 c =nl
代入数据求得: =6.5×105(m/s)
m 9.11 1031 h= 6.63×10-34
例题16-2 波长为l 的光投射到一金属表面,发射出 的光电子在匀强磁场B中作半径R的圆运动,求: (1)入射光子的能量、质量和动量; (2)此金属的逸出功及遏止电势差。
I
Is I A A 光强较大 光强较小
V
电源
K
-Ua o
U
(入射光频率一定)
截止电压(遏止电压)
I Is I A A 光强较大 光强较小 K -Ua o
V
电源
U
(入射光频率一定)
1 mυ 2 eU a 2
Ua截止电压(又称遏止电压)。
2. 光电子的最大初动能或截止电压 Ua 随入射光 频率线性增加,与入射光的强度无关。 实验:Ua= Kn - Uo (与入射光强无关)
§16.5 玻尔的原子量子理论
所有原子均能发光,不同原子的辐射光谱完全不同。 因此研究原子光谱的规律是探索原子内部结构的重 要方法。
一. 氢原子光谱的实验规律
1. 氢原子光谱是由一些分立的细亮线组成,即是分立 的线光谱。
6563Å
4863Å 4340Å 4101Å
2. 谱线的波数(波长)由下式确定:
1915~1917年,索末菲将玻尔的原子量子论作了推广, 使得修改过的理论与实验更一致。 于是,量子论开始被认为是微观领域的一个重要特征。 人们习惯将20世纪20年代以前的量子论称为早期量子论。

h-bn吸光度折射率 -回复

h-bn吸光度折射率 -回复

h-bn吸光度折射率-回复什么是吸光度和折射率?吸光度和折射率是物质的光学性质之一,用于描述光在物质中的传播和被物质吸收的能力。

吸光度是指物质对特定波长或一定范围波长的光线的吸收程度。

当光通过物质时,物质会吸收一部分光的能量,而剩下的光则被传递或反射出来。

吸光度可以表示为透过样品的光线相对于透过空气或透明介质(参考物)的光线的衰减程度。

折射率是指光从一种介质传播到另一种介质时的光速变化比。

所谓折射,是指光束在穿过介质界面时发生的方向变化。

这个方向变化是由于介质的光密度不同而引起的,折射率是描述了这个光密度变化的量。

理解吸光度和折射率的关系吸光度和折射率之间存在一定的关系,它们都是光在物质中的传播特性,都与物质的光学性质有关。

吸光度和折射率的关系可以通过光的传播过程来理解。

当光通过物质时,部分光会被物质吸收,而剩下的光则会继续传播并折射出来。

吸光度反映了这种吸收过程的强度,而折射率则是光在物质中传播速度的度量。

根据光在物质中的传播速度状态,折射率可以分为绝对折射率和相对折射率。

绝对折射率是指光从真空传播到物质中的折射率,相对折射率是指光从一种物质传播到另一种物质的折射率。

相对折射率可以通过两种物质的绝对折射率之比来计算。

吸光度和折射率的测量方法吸光度的测量通常使用分光光度计。

分光光度计通过测量样品和参考物之间透过光的差异来确定吸光度。

分光光度计通过将光源的光束分成两个部分,分别照射样品和参考物,然后测量透过的光强度。

这种测量方法可以用于单一波长或多个波长的吸光度测量。

折射率的测量通常使用折射计。

简单的折射计通常由一个半球形透镜和一个刻度组成。

在测量过程中,透镜的一部分浸入待测物质中,根据光束的折射情况来测量折射率。

现代的折射计则使用更精确的技术,如自动化折射计或激光折射计。

应用领域和意义吸光度和折射率在许多领域有着广泛的应用。

在化学领域中,吸光度可以用来确定物质的浓度或反应的进程。

例如,分光光度法可以用来测量水中有机物或无机物的含量。

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◎光谱
在光的产生过程中,因为跃迁能级的不同,释放出不同频率的光子(爱因斯坦能量方程)。

而不同频率的光会有着不同的颜色。

可见光范围内依次为赤橙黄绿蓝靛紫。

白光为所有这些光谱的综合。

如果用棱镜折射白光,就能够观察到上述可见光光谱。

既复色光(如白光)被色散系统(如棱镜)分类后,按波长的大小依次排列的图案。

后来,对光谱的研究就成了一门专业学科——光谱学。

人们利用光谱来研究发光物体的性质。

在现代,光谱学在宇宙的研究方面起着重要的作用。

*雅1:17各样美善的恩赐和各样全备的赏赐都是从上头来的,从『众光之父』那里降下来的;在他并没有改变,也没有转动的影儿。

◎光具直进性
光沿直线传播,简言之光是直线运行的,也不需要任何介质,光的直线前进:光是以直线前进的方式传播,所以称为「光线」。

运用例子有日晷。

但在其它物体的重力场的影响下,光的传播路径会发生偏折,最显著的就是黑洞的影响。

*结1:5-12又从其中,显出四个活物的形像来。

他们的形状是这样:有人的形像。

各有四个脸面,四个翅膀。

他们的腿是直的,脚掌好象牛犊之蹄,都灿烂如光明的铜。

在四面的翅膀以下有人的手。

这四个活物的脸和翅膀,乃是这样:翅膀彼此相接,行走并不转身,俱各直往前行。

至于脸的形像:前面各有人的脸,右面各有狮子的脸,左面各有牛的脸,后面各有鹰的脸。

各展开上边的两个翅膀相接,各以下边的两个翅膀遮体。

他们俱各直往前行。

灵往哪里去,他们就往哪里去,行走并不转身。

◎传播速度、光速的大小:
在真空中光的传播速度为 299,792,458 米每秒,是一个常数,以符号『C』代表,也是讯息传播


速度的上限。

光速在不同介质中亦会转变:光在不同介质的传播速率:真空>空气>水>玻璃。

空气中的光速,每秒300000000公尺。

光年:光年就是光经过一年所走过的距离,所以光年是长度单位。

大约是946080000万公里。

*结1:13-14至于四活物的形像,就如烧着火炭的形状,又如火把的形状。

火在四活物中间上去下来,这火有光辉,从火中发出闪电。

这活物往来奔走,好象电光一闪。

◎光的折射:
光的折射:当光在A 介质中沿直线前进,遇到B 介质的界面时,通常会有一部份的光反射回A 介质,另一部份的光则进入B 介质中,称为折射。

不同介质可以出现不同的折射角,由该介质的折射率来决定,折射的例子:由侧面看杯中的筷子,好象断掉一样。

是因为光线由空气进入水中,由于光线在空气中行走的速度与水中行走的速度不同,所以就会产生偏折。

*歌6:10那向外观看如晨光发现,美丽如月亮!皎洁如日头!威武如展开旌旗军队的是谁呢? *启21:9-10拿着七个金碗、盛满末后七灾的七位天使中,有一位来对我说:你到这里来,我要将新妇,就是羔羊的妻,指给你看。

我被圣灵感动,天使就带我到一座高大的山,将那由神那里、从天而降的圣城耶路撒冷指示我。

*启21:18-21墙是碧玉造的;城是精金的,如同明净的玻璃。

城墙的根基是用各样宝石修饰的:第一根基是碧玉;第二是蓝宝石;第三是绿玛瑙;第四是绿宝石;第五是红玛瑙;第六是红宝石;第七是黄璧玺;第八是水苍玉;第九是红璧玺;第十是翡翠;第十一是紫玛瑙;第十二是紫晶。

十二个门是十二颗珍珠,每门是一颗珍珠。

城内的街道是精金,好象明透的玻璃。

◎反射
光线遇另一介质反射的情况是指入射光反回原介质的情形,反射定律可以下列三原则来解释:
1、入射线、反射线与法线在同一平面上。

2、入射线与反射线在法线的两侧。

3、入射角等于反射角:平面镜能成像是利用光的反射原理。

平面镜成像时,与实物左右相反,上下不颠倒。

*林后3:18我们众人既然敞着脸得以看见主的荣光,好象从镜子里返照,就变成主的形状,荣上加荣,如同从主的灵变成的。

*林前13:12我们如今仿佛对着镜子观看,模糊不清(“
模糊不
清”原文作“如同猜谜”),到那时,就要面对面了。

我如今所知道的有限,到那时就全知道,如同主知道我一样。

◎全内反射
全内反射是光折射的一个待殊情况,当光线由密度较高的介质(光密)到密度较低的介质(光疏)且入射角大于临界时,即,只有反射光线,没有折射光线,这现象是为全内反射,光纤就是应用这现象来运作。

钻石也有『全内反射』特性。

钻石(Diamond)源自希腊字Adamas,意指不能超越之物,就如同其字义,钻石的许多性质,似乎就像光的速度一样不能超越。

大家都知道,钻石是最硬的物质,而「最硬」这个物理性质,也是钻石最广泛的应用。

除此之外,钻石还有许多「第一」,包括强度、声速(比空气中的声速快六○倍以及散热(比传热最快的金属银还快四倍);钻石是惰性最大的物质,不仅酸碱不能动它分毫,甚至王水也莫之奈何;钻石也是摩擦系数最小的物质,用在轴承上,可以成为不需润滑油而长久使用的高速轴承。

宋健民指出,没有其它物质可集合这么多优点于一身,因此他大胆预估,二十一世纪将会是「钻石时代」。

钻石之所以会闪闪发光、光芒四射,就是利用钻石具有反、折射光的特性,在切磨过程中利用角度对称(对比)让它发出光芒。

*士5:31耶和华啊,愿你的仇敌都这样灭亡!愿爱你的人如日头出现,光辉烈烈!这样,国中
太平四十年。


◎干涉
干涉现象是波的一种特性。

两道波在相遇时,便可能产相加或相减的现象。

光的干涉现象可利用光的「波动说」来解释,即光以正弦波的波形前进时,当这种具有相同波长与相位的光波相遇时,会产生波峰与波峰和波谷与波谷重叠的现象,这就会有光波能量增强的现象产生,就是所谓的建设性干涉,而形成明暗对比度很大的条纹 (如图四蓝色线所在的区域)。

反之,若这两种光波相遇时,产生波峰与波谷和波谷与波峰重叠的情况,两光波就会互相干涉而产生抵消的现象,就是所谓的破坏性干涉,而形成明暗对比度很小的条纹 (如图四黄色线所在的区域)。


*弟兄争竞、相减。

参考盐的特性。

*弟兄和睦、相加。

参考盐的特性。

◎绕射
所谓的「绕射」是波 (无论是水波、声波、光波、电磁波) 的一种特性,若在波的行进路径中放置了一个如图二的障碍物,波形将会在此障碍物边缘附近产生一些变化,波的传递方向将不再只有原来的行进方向,在障碍物缺角边缘的波会向四周扩散,有一部份波的能量会传递至障碍物后方的区域,只是传递至障碍物后方波的能量会迅速递减,这就是波的绕射现象所致,这种绕射现象说明了为何波前可抵达直线前进时所不能抵达区域的原因。

◎光电效应
一种光游离作用(光子将电子撞出原子,使之游离的过程),最常见的应用是以光束完成电流通路的电眼系统。

◎光会产生热:大太阳下站久了,会热得不得了,就是因为光会产生热。

◎视觉暂留:
视觉暂留就是我们的眼睛看任何东西时,都会产生一种很短暂的记忆。

把这些记忆记下来,连结在一起,我们就会看到动作,产生『画面连续不断』的错觉。

卡通片将连续的画面快速播放,静态的画面看起来就会有动态效果,就是视觉暂留的运用。

◎光径的可逆性
在干涉与绕射可忽略的情况中,入射光线与反射光线的可交换性。

就是在一条光径的终点,发出反方向的光,此光可沿原路径回到原来的起点。

在介质分界面处应用光路的可逆性可导出关于反射率和折射率的斯托克斯关系。


◎美国摄影家A.法宁格指出,对摄影家来说,光具有强度、品质和颜色三个主要性质。

○首先是强度:
光的强度可以从亮到暗,明亮的光线给人一种耀眼、明快和严肃的感觉,暗淡的光线常常表现忧郁、宁静和含蓄的情绪。

○直射光,散射光:
直射光,从灼热的光源发出的直射光,如不受云雾遮挡的日光,从聚光灯、摄影灯和闪光灯发出的直射人工光;直射光强烈耀眼、反差大,能造成清晰突出的阴影。

散射光、从被照射物体表面反射的散射光,如雾天或阴天的日光,从墙壁、天花板或其它反射光的物体表面反射出来的人工光;或者是在灼热的光源前加上柔光器形成的散射光。

散射光比较柔和,反差小,能造成灰色、模糊的阴影,或者根本没有阴影。

直射光要比散射光更难于成功地运用,因为运用不当,结果反而更糟。

但是,如果正确运用,它会使摄影家拍出对比强烈、具有黑白图案效果的生动画面,远远胜过用散射光取得的效果。

○光的第三个性质是色彩:
照明的颜色(它的色温)要和彩色胶片要求的色温一致。

例如,清晨和傍晚的光线就不太适合日光型胶片,用这种胶片拍出的照片要比眼睛看到的景物偏黄或偏红。

此外,室外阴影处的日光通常多少有些偏蓝。

光有两种特性:客观性和主观性。

摄影者有必要两者兼顾。

所谓客观性光线,是指电磁波光谱中窄频带的一段,能使我们看见并记录下影像。

然而,戈德史密斯指出,在为正确曝光而准确测量这种光的同时,用好主观性光线,把它作为摄影的创造性因素,也同样不容忽视。

主观性光线,是能使我们对感情产生反应的光。

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