物理光学3-10.18
《物理光学》PPT课件
h N / 2 单色光波长
M1走过的距离 视场中心移过的条纹的数目
6
3、泰曼干涉仪 结构原理 在迈克尔逊干涉仪的一个光路中加入了被测光学器件
单色准直光照明，使产生等厚干涉条纹，用于检验光 学零件的综合质量 检验原理 通过研究光波波面经光学零件后的变形确定零件质量
7
8
4、马赫－曾德干涉仪
结构和光路走向如图 适用于研究气体密度迅速 变化的状态
IG
Ii
1
F
s
Ii in
2
22
在F点，1＝2m
2
,
2
2 m
2
IF
1
2Ii F sin2 (
4)
1
2Ii F(
4)2
G1 G2
Dd
d1
d2
当IF 0.81IM时，
2Ii 1 F(
4)2
0.81
Ii
Ii
1 F(
2)2
得到 其中
＝4.15 2.07 Fs
s F ，为条纹精细度。 2
＝ 4 ＝21－，当 1时，变得很小。
F
(5) 条纹精细度s
定义：相邻条纹相位差2与 条纹锐度之比
s 2
F
2 1
反射率越趋近于1, s值越大，
条纹越精细，条纹锐度也越好。
二、法布里－泊罗干涉仪（一种多光束干涉装置）
（一）仪器结构
法布里－泊罗标准具（F-P)
玻璃板或石英板 隔圈
镀膜（提高表面的反射率）
......
Anr A(i)tt(r)(2n1) exp i(n 1) ,
r
t'
t
r'
r'
物理光学知识点
物理光学知识点物理光学是光学的一个重要分支，主要研究光的本性、光的传播以及光与物质的相互作用等方面。
下面我们来详细了解一些关键的物理光学知识点。
一、光的波动性1、光的干涉光的干涉是指两列或多列光波在空间相遇时，相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域始终减弱，从而形成稳定的强弱分布的现象。
杨氏双缝干涉实验是证明光具有波动性的经典实验。
在杨氏双缝干涉中，相邻明条纹或暗条纹的间距与光的波长、双缝间距以及双缝到光屏的距离有关。
2、光的衍射光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播路径而绕到障碍物后面传播的现象称为光的衍射。
衍射现象表明光具有波动性。
单缝衍射、圆孔衍射等都是常见的衍射现象。
衍射条纹的宽度与障碍物或小孔的尺寸以及光的波长有关。
3、光的偏振光的偏振现象表明光是一种横波。
自然光通过偏振片后会变成偏振光。
偏振光在很多领域都有重要应用，如立体电影、偏振光显微镜等。
二、光的粒子性1、光电效应当光照射到金属表面时，金属中的电子吸收光子的能量，从而逸出金属表面的现象称为光电效应。
光电效应的实验规律无法用经典物理学来解释，爱因斯坦提出了光子说，成功解释了光电效应。
光电效应方程为：＄h\nu ＝W ＋＼frac{1}｛2}mv^2$，其中$h$为普朗克常量，＄＼nu$为光的频率，＄W$为金属的逸出功，＄m$为电子质量，＄v$为电子逸出后的速度。
2、康普顿效应康普顿效应进一步证实了光的粒子性。
当 X 射线光子与物质中的电子碰撞时，光子的能量和动量发生改变，散射后的 X 射线波长变长。
三、光的传播1、光速真空中的光速是一个常量，约为$3\times 10^8$米/秒。
光在不同介质中的传播速度不同，且满足$v ＝＼frac{c}｛n}＄，其中$v$为光在介质中的速度，＄c$为真空中的光速，＄n$为介质的折射率。
2、折射与反射当光从一种介质进入另一种介质时，会发生折射和反射现象。
折射定律为：＄n_1\sin\theta_1 ＝ n_2\sin\theta_2$，其中$n_1$和$n_2$分别为两种介质的折射率，＄＼theta_1$和$＼theta_2$分别为入射角和折射角。
《高三物理光学》课件
• 光的性质 • 光的折射与反射 • 光学仪器 • 光的干涉与衍射 • 光的辐射与吸收 • 光学实验与探究
目录
01
光的性质
光的波动性
光的干涉
当两束或多束相干光波在空间某 一点叠加时，光强并不是简单叠 加，而是出现加强或减弱的现象 ，这种现象称为光的干涉。
光的衍射
光绕过障碍物继续传播的现象称 为光的衍射。衍射时，光波的强 度在障碍物的边缘附近出现加强 或减弱的现象。
06
光学实验与探究
光的干涉实验
干涉现象
干涉条件
光的干涉是指两束或多束相干光波在 空间某些区域相遇时，相互叠加产生 明暗相间的干涉条纹的现象。
要产生光的干涉现象，需要满足相干 光源、相同波长、相同方向和相同振 动情况等条件。
双缝干涉实验
通过双缝干涉实验可以观察到明暗相 间的干涉条纹，从而验证光的波动性 质。
光谱吸收
不同波长的光被不同介质吸收的程度不同，这种现象称为光谱吸收。通过研究光 谱吸收，可以了解介质对不同波长光的吸收特性，进而应用于光学仪器、光谱分 析等领域。
光的散射
光的散射现象
光在传播过程中，遇到微小颗粒或气 体分子时，会发生散射现象。散射现 象是造成天空呈蓝色的原因之一。
米氏-摩雷森散射
当光源发出的光波长较长时，散射程 度与波长的四次方成反比，这种现象 称为米氏-摩雷森散射。在气象学、环 保等领域，米氏-摩雷森散射理论有重 要应用。
光的衍射实验
衍射现象
光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物或孔洞时，发生偏离直 线传播的现象。
单缝衍射实验
通过单缝衍射实验可以观察到明暗相间的衍射条纹，从而验证光的 波动性质。
衍射条件
要产生光的衍射现象，需要满足障碍物或孔洞的大小与光的波长相 当或更小。
物理光学
3.4.2光源非单色性的影响 3.4.3两相干光波振幅比的影响
3.5.1互相干函数和复相干度 3.5.2时间相干度 3.5.3空间相干度
3.6.1条纹的定域 3.6.2等倾条纹 3.6.3圆形等倾条纹 3.6.4透射光条纹
3.7.1定域面的位置及定域深度 3.7.2楔形平板产生的等厚条纹 3.7.3等厚条纹的应用
5.1惠更斯-菲 涅耳原理
2
*5.2基尔霍夫 衍射理论
3 5.3菲涅耳衍
射和夫琅禾费 衍射
4 5.4矩孔和单
缝的夫琅禾费 衍射
5
5.5圆孔的夫 琅禾费衍射
5.6光学成像系统的 衍射和分辨本领
*5.7双缝夫琅禾费 衍射
5.8多缝夫琅禾费衍 射
5.9衍射光栅
*5.11直边的菲涅 耳衍射
5.10圆孔和圆屏的 菲涅耳衍射
5.10.1菲涅耳衍射 5.10.2菲涅耳波带法 5.10.3圆孔衍射图样 5.10.4圆屏的菲涅耳衍射 5.10.5菲涅耳波带片
5.11.1菲涅耳积分及其图解 5.11.2半平面屏的菲涅耳衍射 5.11.3单缝菲涅耳衍射 5.11.4矩孔菲涅耳衍射
5.12.1什么是全息照相 5.12.2全息照相原理 5.12.3全息照相的特点和要求 5.12.4全息照相应用举例
2.1两个频率 1
相同、振动方 向相同的单色 光波的叠加
2
2.2驻波
3 2.3两个频率
相同、振动方 向互相垂直的 光波的叠加
4 2.4不同频率
的两个单色光 波的叠加
5
2.5光波的分 析
2.1.1代数加法 2.1.2复数方法 2.1.3相幅矢量加法
2.2.1驻波的形成 2.2.2驻波实验
2.3.1椭圆偏振光 2.3.2几种特殊情况 2.3.3左旋和右旋 2.3.4椭圆偏振光的强度 2.3.5利用全反射产生椭圆和圆偏振光
大学物理_物理光学(二)
大学物理_物理光学（二）引言概述:物理光学是大学物理课程中的一门重要分支，研究光的传播、干涉、衍射、偏振等现象，深入探讨光的波动性质。
本文将从五个大点出发，分别阐述物理光学的相关理论和实践应用。
1. 光的干涉现象:- 介绍光的干涉现象，包括两束光的干涉、干涉条纹的形成等。
- 讨论干涉的条件和原理，如杨氏双缝实验、牛顿环实验等。
- 解析干涉的应用，例如干涉仪的工作原理和干涉测量技术。
2. 光的衍射现象:- 解释光的衍射现象，包括单缝衍射、双缝衍射等。
- 探讨衍射的内容和原理，如惠更斯-菲涅尔原理等。
- 探索衍射的应用，例如衍射光栅的工作原理和衍射光谱仪的使用方法等。
3. 光和波的偏振:- 介绍光和波的偏振现象，以及光的偏振方式。
- 阐述偏振光的性质和产生机制，如马吕斯定律等。
- 探讨偏振光的应用，例如偏振片的使用和偏光显微镜的工作原理等。
4. 光的相干性和激光:- 讲解光的相干性，如相干长度和相干时间等概念。
- 探讨激光，包括激光的产生原理和特性，如激光的单色性和定向性等。
- 分析激光的应用，例如激光器的工作原理和激光在通信和医学领域的应用等。
5. 光的散射和色散:- 介绍光的散射现象，如瑞利散射和弗伦耳散射等。
- 阐述色散现象，包括光的色散和物质的色散。
- 探讨散射和色散的应用，例如大气散射对天空颜色的影响和光谱分析等。
总结:物理光学是探究光波动性质的重要学科，它涉及光的干涉、衍射、偏振、相干性、激光、散射和色散等多个方面。
本文通过概述以上五个大点，详细介绍了物理光学的相关理论和实践应用，希望能够对读者对物理光学理解有所助益。
第三章 物理光学汇总
令A 2a cos(km z mt) 合成的光强： I A2 2a2[1 cos 2(km z mt)]
两个单色波
振幅变化
强度变化
3.3 光的干涉和干涉系统
1. 干涉图样的计算 P点的干涉条纹强度
I I1 I2 2 I1I2 cos
2. 楔形平板干涉（等厚干涉） 光程差计算
板厚度很小，楔角不大
垂直入射时的光程差
2nh
2
条纹分布及性质
（1） 亮条纹：＝2nh m
2
h
暗条纹：＝2nh
2
m
1 2
(2) ＝2nh m
2
h m
2n
相邻条纹 m 1
h
2n
所以从一个条纹过渡到另一个相邻 条纹，平板的厚度改变 / 2n
q2 ••
•
•
3.2 光波的叠加
叠加结果为光波振动的矢量和，而不是光强的和。
光波传播的独立性：两个光波相遇后又分开，每个光波仍然保持原有 的特性。
叠加是线性的，但当光强很大时这种叠加原理不再适用
1、两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加
E1＝a1 cos(kr1 t) E2＝a2 cos(kr2 t) E＝E1＋E2＝a1 cos(1 t)＋a2 cos(2 t)
得到合振动
E＝Acos( t) A2＝a12 a22 2a1a2 cos(1 2 )
合成光强 I＝A2＝a12 a22 2a1a2 cos(1 2 )
合成光强的大小取决于位相差
＝1－ 2＝k (r1
r2 )
2
n(r1
r2 )
2
光程差： ＝n(r1 r2 )；
物理光学_精品文档
04 波动光学进阶
电磁波谱与光谱分析
电磁波谱
包括无线电波、微波、红外线、 可见光、紫外线、X射线和伽马射 线等，它们在真空中的传播速度 相同，但波长和频率各异。
光谱分析
通过测量物质发射、吸收或散射 的光的波长和强度，来研究物质 的性质、组成和结构的方法。光 谱可分为发射光谱、吸收光谱和 散射光谱。
物理光学
contents
目录
• 物理光学概述 • 光的波动性质 • 几何光学基础 • 波动光学进阶 • 物理光学实验技术 • 物理光学在科技领域应用
01 物理光学概述
物理光学定义与特点
定义
物理光学是研究光的本质、传播 、散射、干涉、衍射、偏振等物 理现象以及光与物质相互作用的 科学。
特点
物理光学以光的波动性质为主要 研究对象，强调光场的空间和时 间相干性以及光的统计规律，与 几何光学形成鲜明对比。
的衍射图谱。
光的偏振现象
线性偏振
当光通过某些物质（如偏振片）时，只有特定方向的光波 能够通过，其他方向的光波被吸收或反射，这种现象称为 线性偏振。
圆偏振与椭圆偏振
在某些情况下，光波可以分解为两个相互垂直且振幅相等 的线性偏振光波，它们的相位差恒定，合成后的光波呈圆 形或椭圆形偏振。
双折射现象
当光通过某些晶体时，由于晶体的各向异性，光波会被分 解为两个传播速度不同的偏振光波，这种现象称为双折射 。
利用薄膜的反射和透射光 干涉，研究光的干涉原理 和薄膜的光学性质。
迈克尔逊干涉仪
该仪器利用分振幅法产生 双光束干涉，可用于测量 光波波长、折射率等光学 参数。
衍射实验技术
单缝衍射实验
通过单缝衍射实验可以观 察到光波的衍射现象，研 究光的传播特性。
物理光学知识点
物理光学知识点光学是一门研究光的产生、传播和变化规律的科学。
而物理光学则是光学的一个重要分支，研究光的物理性质和规律。
在物理光学中，有许多重要的知识点。
本文将介绍几个常见的物理光学知识点。
第一，衍射现象。
光的传播遇到障碍物或传播介质的边界时，会发生衍射现象。
衍射现象是光波传播过程中，由于光线通过一个尺寸接近光的波长的孔洞或者被折射介质遮挡，使得光线发生偏折、扩散和干涉的现象。
著名的夫琅禾费衍射公式能够用来计算衍射光斑的位置和大小。
第二，干涉现象。
干涉现象是光的波动性质表现出来的一个重要现象。
干涉分为两类：等倾干涉和等厚干涉。
等倾干涉是指光线在进行相干叠加时，展现出明暗相间的干涉条纹。
而等厚干涉是指光线在经过厚介质时发生干涉，形成一系列由颜色变化组成的条纹。
著名的杨氏双缝干涉实验可以很好地说明干涉现象的基本原理。
第三，偏振现象。
偏振是指光的振动方向在空间中的特定定向。
根据偏振方向的不同，可将光分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
光的偏振是光的波动性质表现的一个典型例子。
偏振现象的研究对于研究光的传播和与介质的相互作用具有重要意义。
第四，光的色散现象。
色散是指光在介质中传播时，不同频率的光波受到介质的折射率不同导致传播速度不同，引起光的频率发生变化的现象。
光的色散现象是由于介质的光密度与折射率的相关性，不同波长的光根据波长的不同被折射的程度也不同，从而造成不同颜色的分离。
第五，光的透射和反射。
光的传播遇到界面时，会发生透射和反射。
透射是指光线从一种介质射入到另一种介质并继续传播的现象。
反射是指光线从一种介质射入到另一种介质时，在界面上发生反向传播的现象。
透射和反射是光在不同介质中的重要传播方式，也是物体能够看到的根本原因。
以上是几个常见的物理光学知识点的简要介绍。
物理光学研究的对象是光的传播、变化和与介质相互作用的规律，涉及的知识十分广泛深奥。
在实际生活中，我们经常会遇到这些现象，理解了这些知识点，可以更好地解释和理解我们所观察到的现象。
2024版物理光学ppt课件
物理光学ppt课件•光的波动性质•几何光学基础•物理光学器件•光的量子性质目•现代光学技术•物理光学实验录01光的波动性质干涉是指两束或多束光波在空间某些区域相遇时，相互作用产生加强或减弱的现象；其原理是光波的叠加原理。
定义与原理两束光波频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
产生条件杨氏双缝干涉实验、薄膜干涉等。
应用举例定义与原理衍射是指光波在传播过程中，遇到障碍物或穿过小孔时，偏离直线传播路径的现象；其原理是光波的绕射能力。
产生条件障碍物或小孔的尺寸与光波长相近或比光波长小。
应用举例单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射等。
偏振是指光波在传播过程中，振动方向只限于某一固定方向的现象；其原理是光波的横波性质。
定义与原理产生条件应用举例光波通过偏振片或反射、折射等过程。
偏振片的应用、偏振光的干涉等。
030201光的波动理论认为光是一种波动的物质，具有干涉、衍射等波动特性。
认为光是一种电磁波，具有电场和磁场交替变化的特点。
认为光是由一份份能量子组成的，即光子，具有粒子性。
认为光既具有波动性又具有粒子性，二者是统一的。
光的波动说光的电磁理论光的量子理论光的波粒二象性02几何光学基础表示光传播方向的几何线，常用带箭头的直线表示。
光线定义由许多光线组成的集合，表示光的传播路径和范围。
光束定义光束由无数条光线组成，光线是光束的组成部分。
光线与光束的关系光线与光束光的反射定律反射定律内容入射光线、反射光线和法线在同一平面内，入射光线与反射光线分居法线两侧，入射角等于反射角。
反射定律应用解释镜面反射、漫反射等现象，是光学仪器设计的基础。
光的折射定律折射定律内容入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
折射定律应用解释光的折射现象，如透镜、棱镜等对光的偏折作用。
成像原理光线通过透镜后发生折射，根据折射定律和透镜形状形成不同的像。
透镜类型凸透镜和凹透镜，分别具有会聚和发散作用。
高中物理第十一讲物理光学重要知识点汇总
第二讲 物 理 光 学 §2.1 光的波动性2.1.1光的电磁理论 19世纪60年代，美国物理学家麦克斯韦发展了电磁理论，指出光是一种电磁波，使波动说发展到了相当完美的地步。
2.1.2光的干涉1、干涉现象是波动的特性凡有强弱按一定分布的干涉花样出现的现象，都可作为该现象具有波动本性的最可靠最有力的实验证据。
2、光的相干迭加两列波的迭加问题可以归结为讨论空间任一点电磁振动的力迭加，所以，合振动平均强度为)cos(212212221ϕϕ-++=A A A A I其中1A 、2A 为振幅，1ϕ、2ϕ为振动初相位。
⎪⎩⎪⎨⎧=-=+=-==-12121212)(,2,1,0,)12(,2,1,0,2A A j j j j 为其他值且ϕϕπϕϕπϕϕ2cos 4)()(1222221221ϕϕ-=-=+=A I A A I A A I 干涉相消干涉相加3、光的干涉 (1)双缝干涉在暗室里，托马斯·杨利用壁上的小孔得到一束阳光。
在这束光里，在垂直光束方向里放置了两条靠得很近的狭缝的黑屏，在屏在那边再放一块白屏，如图2-1-1所示，于是得到了与缝平行的彩色条纹；如果在双缝前放一块滤光片，就得到明暗相同的条纹。
A 、B 为双缝，相距为d ，M 为白屏与双缝相距为l ，DO 为AB 的中垂线。
屏上距离O 为x 的一点P 到双缝的距离222222)2(,)2(d x l PB d x l PA ++=-+=dx PA PB PA PB 2)()(=+⋅- 由于d 、x 均远小于l ，因此PB+PA=2l ，所以P 点到A 、B 的光程差为：x l d PA PB =-=δ若A 、B 是同位相光源，当δ为波长的整数倍时，两列波波峰与波峰或波谷与波谷相遇，P 为加强点（亮点）；当δ为半波长的奇数倍时，两列波波峰与波谷相遇，P 为减弱点（暗点）。
因此，白屏上干涉明条纹对应位置为)2,1,0( =⋅⋅±=k d lk x λ暗条纹对应位置为)2,1,0()21( =⋅-±=k l dk x λ。
物理光学知识点
物理光学知识点物理光学是光学的一个重要分支，主要研究光的本性、光的传播以及光与物质的相互作用等。
下面就让我们一起来了解一些物理光学的关键知识点。
一、光的波动性光具有波动性，这一特性可以通过光的干涉、衍射和偏振现象来体现。
1、光的干涉当两束或多束光相遇时，如果它们的频率相同、振动方向相同且具有恒定的相位差，就会发生干涉现象。
最典型的干涉实验是杨氏双缝干涉实验。
在这个实验中，通过两条狭缝的光在屏幕上形成明暗相间的条纹，亮条纹处是光的加强区域，暗条纹处是光的减弱区域。
干涉条纹的间距与光的波长、双缝间距以及双缝到屏幕的距离有关。
2、光的衍射光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会偏离直线传播而发生衍射现象。
衍射现象使得光能够绕过障碍物，在障碍物的阴影区域形成一定的光强分布。
例如，单缝衍射实验中，当一束光通过一个狭窄的单缝时，在屏幕上会形成中央亮纹宽而两侧亮纹窄的衍射条纹。
3、光的偏振光是一种横波，其振动方向与传播方向垂直。
光的偏振现象表明了光的横波特性。
自然光通过偏振片后可以变成偏振光，偏振光的振动方向是特定的。
偏振光在许多领域都有重要应用，如 3D 电影的眼镜就是利用了偏振光的原理。
二、光的粒子性光不仅具有波动性，还具有粒子性。
1、光电效应当光照射到金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量而逸出表面，这就是光电效应。
光电效应的发生存在截止频率，只有当入射光的频率高于截止频率时，才会产生光电效应。
而且，光电子的逸出几乎是瞬间的，与光的强度无关，而与光的频率有关。
2、光子的能量光子的能量与光的频率成正比，即E ＝hν，其中E 是光子的能量，h 是普朗克常量，ν 是光的频率。
三、光的折射与反射1、光的折射当光从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象。
折射定律指出，入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
折射率取决于介质的性质和光的波长。
2、光的反射光在遇到界面时会发生反射，反射角等于入射角。
镜面反射和漫反射是常见的两种反射形式。
物理光学基础知识ppt课件
04
光源与光谱分析
光源类型及特性
1 2 3
热辐射光源
通过加热物体产生光辐射，如白炽灯、黑体辐射 源等。具有连续的光谱分布，色温与发光体温度 相关。
气体放电光源
利用气体放电产生光辐射，如荧光灯、钠灯等。 光谱分布与放电物质及条件有关，可实现特定波 长的光输出。
激光光源
通过受激辐射产生相干光，具有单色性、方向性 和高亮度等特点。广泛应用于科研、工业、医疗 等领域。
光谱分析原理及方法
光谱分析原理
01
不同物质具有不同的光谱特征，通过对物质发射、吸收或散射
的光进行分析，可以了解物质的成分、结构等信息。
光谱分析方法
02
包括发射光谱分析、吸收光谱分析、拉曼光谱分析、荧光光谱
分析等。各种方法具有不同的特点和适用范围。
光谱仪器
03
常用的光谱仪器有分光光度计、光谱仪、原子发射光谱仪等。
衍射现象
单缝衍射
单色光通过单缝时，在屏幕上形成中央亮纹、两侧明暗相 间的衍射条纹，表明光在传播过程中遇到障碍物或小孔时 会发生偏离直线传播的现象。
圆孔衍射
单色光通过小圆孔时，在屏幕上形成明暗相间的圆环状衍 射条纹，揭示了光的波动性。
泊松亮斑
当单色光照射到不透光的小圆板上时，在圆板后面的屏幕 上会出现一个亮斑，即泊松亮斑，这是光的衍射现象的一 个著名实例。
于携带和使用。
智能化
结合人工智能和机器学习技术 ，实现光学设备的自动化和智 能化操作。
多功能化
将多种光学功能集成在一个设 备上，提高设备的综合性能。
高精度化
提高光学设备的测量精度和稳 定性，满足高精度测量和实验
需求。
06
总结与展望
高三物理光学知识点总结图表大全
高三物理光学知识点总结图表大全光学是物理学中的重要分支，研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象和规律。
在高三物理学习中，光学是一个重要的章节，掌握其中的知识点对于应对考试具有重要意义。
本文将通过图表的形式，简明扼要地总结高三物理光学知识点，帮助同学们更好地掌握和理解相关内容。
一、光的反射1. 光的反射定律：入射角、反射角和法线所在平面上的角度满足反射定律。
2. 镜面反射：当光线射向光滑的镜面时，按照反射定律，光线将以相同的角度反射。
3. 曲面反射：当光线从光滑的曲面上反射时，反射光线的入射角和反射角满足反射定律，并依据曲率半径的不同，可以分为凸面镜反射和凹面镜反射。
二、光的折射1. 折射定律：入射角、折射角和法线所在平面上的角度满足折射定律。
2. Snell定律：当光从一个介质射向另一个介质时，入射角和折射角的正弦之比等于两个介质的折射率之比。
3. 全反射现象：当光线从折射率较大的介质射入折射率较小的介质时，如果入射角大于临界角，光将会发生全反射，完全被反射回原介质内部。
三、光的色散1. 色散现象：不同频率的光在经过介质时，会发生弯曲现象，从而产生不同的折射角度，形成光的分散。
2. 折射率与波长的关系：不同波长的光在介质中的折射率不同，波长越短，折射率越大。
通常情况下，红光的折射率较小，紫光的折射率较大。
【精品】物理光学PPT课件(完整版)
三维简谐波的复指数表示
复振幅：
下面讨论一下平面简谐波投射在一个平面上，这个平面上
的光场分布。
x
波矢k的方向余弦为
在z=0（XOY）平面上光场复振幅：
O
z
这表明，z=0平面上任意两点的位相差仅 仅由Δx来决定。
如图所示： x
O
z 4π
2π
0 -2π
可以利用复振幅方便-4地π 求光强度，
• 对光导纤维的研究形成了光纤光学或导波光学; • 导波光学,电子学和通讯理论的结合使得光通信得到迅
速发展和应用,成为人类在20世纪最重要的科技成就; • 非线性光学,信息光学及集成光学等理论与技术的结合
可能会导致新一代计算机—光计算机的诞生.
2. 物理光学的应用
测控，通信，医疗，信息处理，光学设计。
• 薄膜光学的建立，源于光学薄膜的研究和薄膜技 术的发展；
• 傅立叶光学的建立源于数学、通讯理论和光的衍 射的结合；它利用系统概念和频谱语言来描述光 学变换过程，形成了光学信息处理的内容．
• 集成光学源于将集成电路的概念和方法引入光学 领域；
• 非线性光学源于高强度激光的出现、它研究当介质已不 满足线性叠加原理时所产生的一些新现象，如倍频,混 频,自聚焦等;
• 基本问题：在各种条件下的传播问题。 • 基本原理：惠更斯-菲涅耳原理。 • 波前：原为等相面，现泛指波场中的 任一曲面，
更多的是指一个平面。
• 主要方法：如何描述、识别、分解、改造、记录 和再现波前，构成了波动光学的主要方法。
量子光学：研究光与物质的相互作用的问题。
• 把光视为一个个分立的粒子（光子）,它主要用于 分析辐射、光发射以及光与物质的相互作用。
物理光学与应用光学第三版第10章 光学仪器的基本原理
第 10 章 光学仪器的基本原理
4. 辐射体的光通量与辐射通量之比称为光源的发光效率，以 η表示为
Φ Φe
C
0VΦed
0Φed
(10.1-4)
发光效率值代表了光源每瓦辐射通量所能产生的光通量流 明数，因此它是表征光源质量的重要指标之一。实际计算辐射 通量比较困难，所以对于由电能转换为光能的电光源，直接 用光源的耗电功率代替辐射通量，于是光源的发光效率为
dΦIdIcro2 sdS
从而在面元上的照度为
EddΦSIcr2os
24
(10.1-13)
第 10 章 光学仪器的基本原理
图10-3 点源对小面元的照度
25
第 10 章 光学仪器的基本原理 即点光源照射一个小面元时，面元的光照度与点光源的发光强 度成正比，与点光源到面元的距离平方成反比，并与面元法线 与照射光束方向的夹角的余弦成正比。垂直照射时(θ＝0)，光 照度最大，掠射时(θ＝90°)，光照度为零。地球表面受到太阳 的照射，可以将太阳看做一个点光源，在正午时是垂直照射， 所以照度大，地面温度高； 在早晨和傍晚照射的角度大，所以
当光源为一个面光源时，显然光源面积越大，对于同样的 物体的照度越大。这时将面光源可以看做许多小的面光源的组 合，不考虑光的相干性，则像面上总的照度为各个面光源在像 面上照度的代数和，所以我们主要考虑一个小的面光源对于一
26
第 10 章 光学仪器的基本原理
如图10-4所示，亮度为L的面光源dS1和物面dS2相距为r，它 们中心的连线与dS1和dS2的法线的夹角依次为θ1和θ2，dS2对dS1 中心张的立体角为dω1，根据亮度的定义，由dS1发出到达dS2上 的光通量为
23
第 10 章 光学仪器的基本原理
物理光学课件
02
光的干涉现象
干涉现及其条件
01
02
03
干涉现象
两列或多列波在空间某些 区域相遇时，振动加强而 在另一些区域振动减弱的 现象。
干涉条件
两列波的频率相同，相位 差恒定，振动方向相同。
干涉图样
呈现明暗相间的条纹，明 条纹是波峰与波峰或波谷 与波谷相遇处，暗条纹是 波峰与波谷相遇处。
双缝干涉实验与原理
旋光性
某些晶体具有旋光性，即当偏振光通过晶体时， 其振动方向会发生旋转。旋光性是晶体光学性质 的又一重要表现。
05
现代光学技术与应用
激光技术与应用领域
1 2
激光产生原理及特性
阐述激光的产生机制，包括受激辐射、光放大等 过程，以及激光的单色性、方向性、相干性等特 性。
激光器类型与工作原理
介绍固体激光器、气体激光器、液体激光器、半 导体激光器等不同类型的激光器及其工作原理。
某些物质会选择性地吸收某一 方向的光振动，从而产生偏振 光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述偏振光通过偏振器后的光强变化，定律表达式为I = I0cos2θ，其中I0为入射 光强，θ为偏振光的振动方向与偏振器透振方向的夹角。
布儒斯特角
当自然光以某一特定角度入射到两种介质的分界面时，反射光和折射光都是完全 偏振的，这个特定角度被称为布儒斯特角。其大小取决于两种介质的折射率。
当光源和观察屏距离障碍物或小孔足够远时，即满足夫琅禾费条件时，观察屏 上得到的是夫琅禾费衍射图样。其特点是衍射光强分布与光源和观察屏的距离 无关。
菲涅尔衍射
当光源和观察屏距离障碍物或小孔较近时，不满足夫琅禾费条件时，观察屏上 得到的是菲涅尔衍射图样。其特点是衍射光强分布与光源和观察屏的距离有关 。
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R// cos2 R sin 2
同理 其中 T// t // 2
n2 cos 2 n1 cos1
其中 R// r// 2 R r
T t
2
2
T T// cos2 T sin 2
n2 cos 2 n1 cos1 4n2 n1 (n2 n1 ) 2
根据菲涅尔公式，得
tan r
cos(1 2 ) tan 1 cos(1 2 )
tan t cos(1 2 ) tan 1
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
五、反射折射时的偏振
1-27 反射和折射时振动面的旋转 折射光中：振动面靠近入射面； 反射光中：振动面偏离入射面： tan r tani tant tani 垂直、掠入射等号成立：
cos 2 1 sin 2 2 i sin 2 2 1 i ( n1 sin 1 2 ) 1 n2
根据此条件可以求出反射光强：
(r ) (r ) E0 E0 n 2 cos 1 i sin 2 2 1 n 2 cos 1 i sin 2 2 1 // // 1 × R// ( i ) ( i ) 2 2 2 2 E E 0 // 0 // n cos 1 i sin 2 1 n cos 1 i sin 2 1 *
寻求简便记 忆方法！
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 0
tll ┻
振幅比
振幅比
ll ┻ r
20
rlltBiblioteka ┻ll┻B
10 30 40 50 60 70 80 90
o
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 0 10
光学原理与应用
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
(r ) E0 sin(1 2 ) n1 cos1 n2 cos 2 r (i ) E0 sin(1 2 ) n1 cos1 n2 cos 2 (r ) E0 tan( 1 2 ) n2 cos1 n1 cos 2 // r // (i ) E0 // tan( 1 2 ) n2 cos1 n1 cos 2
情况不同
情况不同
r r//
1 B 1 B
+
n1 n2
n1 n2 1 B 1 B + + + -
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
小角度和掠入射时光疏进入光密时，反射光与入射光的振动方向 相反——半波损失
小角度、掠入射
n1 n2
n1 n2 n1 n2
n1 n2
π突变，光振动反相 无突变，光振动同相 小角度
入射 入射
反射 反射
掠入射
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
六、全反射
光从折射率大入射到折射率小的介质，发生全反射 根据Fresnel 公式：
E n1 cos1 n2 cos 2 r E n1 cos1 n2 cos 2 (r ) r E0 // n2 cos1 n1 cos 2 // (i ) E n2 cos1 n1 cos 2 0 //
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
100% 90% 80% 70%
60%
50% 40% 30% 20% 10% 0%
┻
4%
15%
B
R
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
全反射
反射率R
反射率R
┻ B
c
入射角 1
0 o 10 o 20 o 30 o 40 o 50 o 60 o 70o 80 o 90o
E
(i ) 0
(i ) E0 sin
(i ) I // I (i ) cos2
(i ) I I (i ) sin 2
(r ) (r ) (r ) (r ) I I // I ( r ) I // I 2 2 R (i ) cos sin (i ) (i ) (i ) I I I // I
I I
(i )
S (i )
S (r )
W (i ) 1 0 (i ) (i ) 2 S cos1 n1 E0 cos1 A 2 0 1 0 (r ) 2 n1 E0 cos1 2 0
n1
1 A ( i ) 1
n2
(r )
2
A
S (t )
1 0 (t ) 2 n2 E0 cos 2 2 0 (t ) E0 I (t ) cos1 cos 2 ( i ) I E (i ) I (t )
0o 10 o 20 o 30 o 40o 50o 60o 70o 80o 90o
入射角`
(a) n1< n2
b) n1> n2
图1-25
反射率R随入射角的变化关系
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
R随 n 变： n R （单调上升）
例： n 1.50 玻璃 R 4%
P IP IP I I P IU
自然光入射：
o 正入射、掠入射—— 反射光、折射光仍为自然光 o 一般情况 —— 反射光、折射光均为部分偏振光
o Brewster角入射 —— 反射光为线偏振光，折射光的偏振度最高
反射和折射时偏振度的变化可用于产生偏振光，但在有些情况 下，这种偏振度的变化却是一种要注意的不利因素，可惜目前对 此不利因素尚无行之有效的消除办法。
1.769 红宝石 7.7% 4 锗 36.0%
R 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
原则： n R 增反膜（减透） n R 减反膜（增透）
1
2
3
4
5
n
图 1-26 垂直入射时R随n的变化关系
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
五、反射折射时的偏振
电矢量振动方位角：为迎着光看，振动面到入射面的夹角， 顺时针为正、逆时针为负。 (i ) (t ) (r ) E0 E0 E0 t an i ( i ) t an t (t tan r ( r ) ) E0 // E0 // E0 //
R
0° 90° 30° 60°
Incidence angle, i
Incidence angle, i
1-24 垂直入射和平行入射反射和折射的特点 这里 R + T = 1
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
(i ) 当E0 的振动面与入射面的夹 角
E
(i ) 0 //
(i ) E0 cos
tan B n2 n1
n sin c 2 n1
n1 n2
B
n1 n2
c
例：
n1 1.52, n2 1.00 B 3320' , c 418' , c B 748' n1 4.00, n2 1.00 B 142' , c 1429' , c B 27'
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
电矢量振动方向变：由振幅比随θi变化电矢量旋转方向
* n1 n2 ,i B
(r ) E0 反射光： r// (// 0 i) E0 //
(i ) E0
r
E E
(r ) 0 (i ) 0
E
(i ) 0 //
入射
(r ) E0 // (r ) E0
n 2 cos1 i sin 2 1 n 2 r// ei // n 2 cos1 i sin 2 1 n 2 cos1 i sin 2 1 n 2 ei r 2 2 cos i sin n 1 1
sin 2 2 sin 21 sin 2 (1 2 ) cos 2 (1 2 )
根据上式，显然有：
R// T// 1
R T 1
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
垂直入射
1.0 1.0
平行入射
T
.5 .5
T
R
0 0° 90° 30° 60° 0
E0(t) 2 sin 2 cos1 2n1 cos1 t (i ) E0 sin(1 2 ) n1 cos1 n2 cos 2 E0(t//) 2 sin 2 cos1 2n1 cos1 t // (i ) E0 // sin(1 2 ) cos(1 2 ) n2 cos1 n1 cos 2
R 1 光能被全部反射 这里： n n 2 n1
说明，当θ1>θc 时，入射光能全部被反射。
1-3 平面波在各向同性介质介 面上的反射和折射
反射光相移相位变化 因为r11，r为复数，所以发射光的平行和垂直分量相移 ，0
(r ) (i ) (r ) (i ) 通过 E0 // E0 // , E0 E0 将振幅比写成指数形式
反射率（能量反射比）与透射射率（能量透射比）
sin 2 (1 2 ) R sin 2 (1 2 ) sin 2 2 sin 21 T sin 2 (1 2 )
tan 2 (1 2 ) R// , tan 2 (1 2 )