物理光学课件
《光学》PPT课件
•沈括(1031~1095年)所著《梦溪笔谈》中,论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律,指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根(1214~1294年)提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂(1299年)发明了眼镜。 波特(1535~1561年)研究了成像暗箱。
沈括(1031~1095年) 培根(1214~1294年)
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用(效应)等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的(知识)最早记录,一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德(公元50年)和托勒玫(公元90~168年)研 究了光的折射现象,最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡(公元前3~公元65年)指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金(公元965~1038 年)认为光线来自被观察的物体,而光是以球面波的形 式从光源发出的,反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答,但应归中国的 墨翟。从时间上看,墨翟(公元前468~376年),欧几里德 (公元前330~275年),差一百多年。
墨翟(公元前468~376年)
4
• 从内容上看,墨经中有八条关于光学方面的(钱临照, 物理通极,一卷三期,1951)第一条,叙述了影的定 义与生成;第二条说明光与影的关系;第三条,畅言 光的直线传播,并用针孔成像来说明;第四条,说明 光有反射性能;第五条,论光和光源的关系而定影的 大小;第六、七、八条,分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中,研究了平面镜成像问题,指出反射角等于入射角 的反射定律,但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
《初中物理光学》课件
光电效应与爱因斯坦方程
光电效应
当光照射到物质上时,会使得物质吸收光能并释放出电子,这种现象被称为光 电效应。
爱因斯坦方程
为了解释光电效应的实验结果,爱因斯坦在1905年提出了一个方程,即爱因斯 坦方程。该方程描述了光子的能量、频率与逸出电子的动能之间的关系,从而 成功地解释了光电效应现象。
康普顿效应与德布罗意波
光通过一个小缝隙时,会在屏幕上形成衍射条纹,这是光波绕过 小障碍物继续传播的结果。
光的栅衍射
光通过多个等间距的小缝隙时,会在屏幕上形成衍射条纹,这是 多个单缝衍射的叠加。
圆盘衍射
光通过一个小圆盘时,会在屏幕上形成衍射环,这是光波绕过大 障碍物继续传播的结果。
光的偏振现象
偏振光的产生
光在某些物质表面反射或折射时,会产生偏振光, 即光的振动方向只限于某一特定方向。
当光垂直射入介质表面时,传播方向不改 变。
折射光线和入射光线分居法线两侧。
当光从空气斜射入水或其他介质中时,折 射角小于入射角;反之,折射角大于入射 角。
03 透镜及其应用
透镜的种类与性质
凸透镜
中间厚,边缘薄,对光线有会聚作 用。
凹透镜
中间薄,边缘厚,对光线有发散作 用。
透镜成像规律
凸透镜成像规律
远视眼的成因与矫正 远视眼是由于晶状体太薄或眼球前后径过短,使 得近处物体的像成在视网膜后,需要用凸透镜矫 正。
显微镜与望远镜
显微镜的构造与原理
包括物镜、目镜、载物台等部分,利用凸透镜成像规律放大微小物体。
望远镜的构造与原理
包括物镜、目镜、寻星镜等部分,利用凸透镜和凹透镜的组合观察远处物体。
显微镜与望远镜的使用方法和注意事项
马吕斯定律
物理光学PPT课件02.球面波
1 E ( r, t ) B( r t ) r
1.3.2. 简谐球面波
当波函数为正弦或余弦形式时,对应的球面波称 为简谐球面波。
简谐球面波的波函数:
1 E ( r, t ) A1 cos[k ( r t ) 0 ] r
简谐球面波的复指数描述:
1 E ( r, t ) A1 exp[i (kr t 0 )] r
其共轭:
A1 E ( r ) exp{ikr} r
即:
A1 2 E (r) exp{ik [( x x0 ) 2 2 2 12 [( x x0 ) ( y y0 ) z0 ]
2 12 ( y y 0 ) 2 z0 ] }
这显然是一束会聚的球面波, S ( x0 , y0 , z0 ) 会聚中心为:
1.3 球面波 简谐平面波是描述光波的基本模型。虽然任意 复杂波可以用简谐平面波的叠加来描述,但有些 两种特殊波面(比如球面波)的光波可用更简洁 的数学式来描述。 波面为球面的波被称为球面波。 理想点光源发出的波为球面波。
一个在真空或各向同性介质中的 理想点光源,它向外发射的光波 是球面光波,等相位面是以点光 源为中心、随着距离的增大而逐 渐扩展的同心球面。
将r代入上式,并设光源的初相为0,
x
P( x, y,0)
r0
O y
z
A1 2 E (r) exp{ ik [( x x ) 0 2 2 2 12 [( x x0 ) ( y y0 ) z0 ]
2 12 ( y y 0 ) 2 z0 ] }
这个表达式含有根式,相当复杂,不便于分析,考虑到 光学研究的实际情况,常常对上式做适当简化。
1.3.1 球坐标系中的波动微分方程
《光学》全套课件 PPT
τ
cosΔ
dt =0
τ0
I = I1 +I2
叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和,
无干涉现象
2、相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后
I =I1 +I2 +2 I1I2 cosΔ 位相差恒定,有干涉现象
若 I1 I2
I =2I1(1+cosΔ
)
=4I 1cos2
Δ 2
Δ =±2kπ I =4I1
r2
§1-7 薄膜干涉
利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和 折射,可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。
一、薄膜干涉 扩展光源照射下的薄膜干涉
在一均匀透明介质n1中
放入上下表面平行,厚度
为e 的均匀介质 n2(>n1),
用扩展光源照射薄膜,其
反射和透射光如图所示
a
n1
i
a1 D
B
n2
A
n1 C
2、E和H相互垂直,并且都与传播方向垂直,E、H、u三者满 足右螺旋关系,E、H各在自己的振动面内振动,具有偏振性.
3、在空间任一点处
εE = μH
4、电磁波的传播速度决定于介质的介电常量和磁导率,
为
u= 1 εμ
在真空中u= c =
1 ≈3×108[m ε0μ0
s 1]
5、电磁波的能量
S
=E
×H ,
只对光有些初步认识,得出一些零碎结论,没有形
成系统理论。
二、几何光学时期
•这一时期建立了反射定律和折射定律,奠定了几何光学基础。
•李普塞(1587~1619)在1608年发明了第一架望远镜。
•延森(1588~1632)和冯特纳(1580~1656)最早制作了复 合显微镜。 •1610年,伽利略用自己制造的望远镜观察星体,发现了木星 的卫星。 • 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律
《光学》全套课件
干涉现象及其条件分析
干涉现象定义
干涉是指两列或几列光波在空间某些区域 叠加时,相互加强或减弱的现象。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同、相 位差恒定。
常见干涉类型
杨氏双缝干涉、薄膜干涉等。
干涉现象应用
测量光波波长、检测光学元件表面质量等 。
衍射现象及其分类讨论
衍射现象定义
衍射是指光波在传播过程中,遇
黑体辐射概念及历史背景
01
阐述黑体辐射的定义、历史背景以及与经典物理学的矛盾。
普朗克黑体辐射公式
02
介绍普朗克为解决黑体辐射问题提出的能量量子化假设,以及
由此导出的黑体辐射公式。
公式验证及意义
03
通过实验验证普朗克公式的正确性,并探讨其在物理学史上的
重要意义。
光电效应实验原理及结果分析
1 2 3
光电效应实验装置及原理
到障碍物或穿过小孔时,偏离直
线传播的现象。
01
衍射分类
02 根据障碍物或孔的尺寸与光波长
的相对大小,可分为菲涅尔衍射
和夫琅禾费衍射。
常见衍射现象
单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射 等。 03
衍射现象应用
04 光谱分析、光学成像等。
偏振现象及其产生原因分析
偏振现象定义
偏振是指光波中电场矢量方向在传播过程中有规则变化的 现象。
介绍量子光学的研究内容,包括光的量子态、量子纠缠、量子通信等,
以及该领域的研究进展和未来发展方向。
03
量子光学在现代科技中应用前景
探讨量子光学在现代科技中的应用前景,如在量子计算、量子通信、量
子精密测量等领域的应用潜力。
05
非线性光学简介
大学物理课件光学
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
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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。
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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。
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物理光学讲课课件
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律, 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ,到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象,如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料,如晶体、半导体、有 机材料和光纤等,并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用,如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中,光矢量(即 电场强度矢量E)的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状, 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系,即$I = I_0 cos^2 theta$,其中$I_0$为入射光强,$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量,应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强,在另一些区域振动 减弱,形成稳定的强弱分布的
《大学物理光学》PPT课件
3
光学仪器的发展趋势 随着光学技术的不断发展,光学仪器正朝着高精 度、高灵敏度、高分辨率和自动化等方向发展。
03
波动光学基础
Chapter
波动方程与波动性质
波动方程
描述光波在空间中传播的数学模型,包括振幅、频率、波长等参现象,是波动光学的基础。
偏振现象及其产生条件
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束,再经过反射镜反射后汇聚到一点,形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度,可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件,观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等,可以 研究光的衍射规律。
光的反射与折射现象
光的反射
光在两种介质的分界面上改变传播方向又返回原来 介质中的现象。反射定律:反射光线、入射光线和 法线在同一平面内,反射光线和入射光线分居法线 两侧,反射角等于入射角。
光的折射
光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生 改变的现象。折射定律:折射光线、入射光线和法 线在同一平面内,折射光线和入射光线分居法线两 侧,折射角与入射角的正弦之比等于两种介质的折 射率之比。
了解干涉条纹的形成和特点。
衍射光栅测量光谱线宽度
03
使用衍射光栅测量光谱线的宽度,掌握衍射光栅的工作原理和
测量方法。
量子光学实验项目注意事项
单光子源的制备与检测 了解单光子源的概念、制备方法及其检测原理,注意实验 过程中的光源稳定性、探测器效率等因素对实验结果的影 响。
量子纠缠态的制备与观测 熟悉量子纠缠态的基本概念和制备方法,掌握纠缠态的观 测和度量方法,注意实验中的环境噪声、探测器暗计数等 因素对纠缠态的影响。
《物理光学》课件
过一定时间以后,电磁振动所到达的各点将构成一个以O点为中
心的球面,如图所示。这时的波阵面是球面,这种波就称为球
面波。
光线
波面
O
R
设图中的球面波为单色光波。由于球面波波面上各点的位相相 同,因此只需研究从O点发出的任一方向上各点的电磁场变化规 律,即可知道整个空间的情况。 取沿OR方向传播的光波为对象。设O点的初相为0,则距O点为r 的某点P的位相为
nc v
代入c、v各自的表达式,有
n c v
00
rr
r为相对介电常数,r为相对磁导率。
对除磁性物质以外的大 多数物质而言, r 1,故 n r
这个表达式称麦克斯韦 关系。
§3 平面电磁波 本节根据波动的两个偏微分方程,结合边界条件、初始条件,
得出其中的平面波解-平面波的波函数。
对积分得
2E z 2
1 v2
2E t 2
2E 4
0
即
E
0
E g
g 是的任意矢量函数
再对 积分得
E
g
d
f2
f1
f2
f1z vt f2 z vt
vt
取周期为2的余弦函数作为波动方 程的特解:
E
A cos
2
z
vt
3
B
A
cos
2
z
vt
4
二 平面简谐波
(3)(4)式是平面简谐波的波函数,即我们认定研究的电磁 波为平面简谐波。
物理光学PPT课件02.球面波
进一步验证了球面波的理论预测。
衍射实验
衍射实验原理
衍射实验是利用波的衍射现象来验证球面波的存在和性质。当球面波遇到障碍物时,它会 产生衍射现象,通过观察衍射图样可以验证球面波的性质。
实验步骤
首先,需要设置一个球面波源和一个障碍物,使球面波遇到障碍物。然后,通过测量衍射 图样,可以计算出球面波的波长、波速等参数。
球面波的动量是指波所携带的动量,它与波的幅度和波数成 正比,是描述波动现象的另一个重要物理量。
03
球面波的应用
Hale Waihona Puke 光学成像透镜成像球面波在透镜的聚焦作用下,可以形成清晰的实像或虚像,这是光学显微镜、 望远镜等光学仪器的基本原理。
全息成像
全息技术利用球面波的干涉和衍射原理,能够记录并再现物体的三维信息,广 泛应用于光学存储、三维显示等领域。
频谱分析实验
频谱分析实验是利用光谱分析仪来测量球面波的频谱,通过分析频谱可以计算出球面波的波长、波速等参数,进 一步验证了球面波的理论预测。
THANKS
感谢观看
波前形状
平面波的波前是平面,而球面波的波 前是球面。
柱面波与球面波的比较
01
02
03
传播方向
柱面波沿垂直于传播方向 的平面扩散,而球面波则 以波源为中心向四周扩散。
波前形状
柱面波的波前是柱面,而 球面波的波前是球面。
能量分布
柱面波在传播过程中能量 分布较为集中,而球面波 的能量随距离增加而减小。
其他复杂波动形式的比较
球面波的传播方向
01
球面波的传播方向与波前的法线 方向一致,即波前的曲率中心为 波的传播方向。
02
在自由空间中,球面波的传播方 向与发射点位置有关,距离发射 点越远,波的传播方向越接近于 直线。
《初中物理光学》PPT课件
课件•光学基础知识•透镜及其应用•光的色散与光谱目录•光的干涉与衍射•光学仪器与使用•光学实验与探究光学基础知识光是一种电磁波光的传播速度光的传播路径030201光的本质与传播光源与光线光源能够自行发光的物体称为光源。
如太阳、电灯等。
光线为了形象地表示光的传播路径和方向,我们通常用一条带箭头的直线来表示光线。
箭头指向表示光的传播方向。
光线的分类根据光源和光线的特点,可以将光线分为平行光线、发散光线和会聚光线等。
光的直线传播光沿直线传播的条件01光沿直线传播的现象02光沿直线传播的应用03光的反射与折射光的反射光的折射反射与折射的应用透镜及其应用透镜的种类与性质凸透镜凹透镜透镜的焦点和焦距凸透镜成像规律当物体为实物时,成正立、缩小的虚像,像和物在同一侧。
当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为一倍焦距(指绝对值)以内时,成正立、放大的实像,像与物在透镜的同侧。
当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为一倍焦距(指绝对值)时,成像于无穷远。
当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为一倍焦距以外两倍焦距以内(均指绝对值)时,成倒立、放大的虚像,像与物在透镜的异侧。
当物体为虚物,凹透镜到虚物的距离为两倍焦距(指绝对值)时,成与物体同样大小的虚像,在透镜异侧。
凹透镜成像规律老花眼镜利用凸透镜对光线的会聚作用制成的。
利用凹透镜对光线的发散作用制成的。
放大镜利用凸透镜成正立、放大的虚像的原理制成的。
照相机利用凸透镜成像规律中物距大投影仪立、放大的实像的原理制成的。
透镜在生活中的应用光的色散与光谱光的色散现象光的色散现象原理光的色散现象定义不同颜色的光在介质中的折射率不同,因此当复色光通过棱镜等介质时,会被分解为不同颜色的单色光。
光的色散现象实例光谱的分类根据产生方式不同,光谱可分为发射光谱、吸收光谱和反射光谱等。
光谱的概念光谱是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案。
光谱的特点不同元素或化合物在特定条件下产生的光谱具有特征性,因此光谱分析在化学、物理等领域具有广泛应用。
《初中物理光学》课件
介绍不同摄影技巧,如构图、色彩搭配等,以及 它们在拍摄中的应用。
数字摄影
介绍数字摄影的发展趋势,以及数字摄影与传统 摄影的区别和联系。
光通信
光通信原理
01
解释光通信的基本原理,包括光的调制和解调等概念。
光通信技术
02
介绍不同光通信技术,如光纤通信、自由空间光通信等,以及
它们在实际中的应用。
激光
定义
激光是一种特殊的人造光,它通 过受激发射放大原理产生,具有 高度的单色性、方向性和相干性
。
特点
激光的光线强度高、颜色纯正, 可以用于各种高精度、高效率的 加工和测量。同时,激光还具有 很好的稳定性,可以在各种环境
下保持恒定的输出。
应用
在工业、医疗、科研等领域中, 激光被广泛应用,如激光切割、
望远镜按结构可分为折射 望远镜、反射望远镜和折 反射望远镜。折射望远镜 使用透镜作为物镜和目镜 ;反射望远镜使用反射镜 作为物镜;折反射望远镜 使用透镜和反射镜结合。
04
作用
望远镜主要用于天文观测 、地面观测和军事侦察等 领域,可以帮助人们观测 到远处的天体、景物和目 标。
显微镜
01 总结词
显微镜是一种观察微小物体的 光学仪器,由多个透镜组成。
光通信发展前景
03
分析光通信的发展趋势和未来发展方向,以及光通信在信息化
社会中的重要地位。
01
光的类型
自然光
定义
应用
自然光指的是太阳发出的光线,它包 含了光谱中的所有颜色,是人们日常 生活中最常见的光源。
在建筑、摄影等领域中,自然光被广 泛利用,以营造舒适、自然的氛围。
特点
自然光的光线均匀、柔和,能够提供 良好的照明效果,同时它还具有促进 人体分泌维生素D等有益健康的特性 。
物理光学课件-叶玉堂
物理光学
光电信息学院
1.1.2 电磁场基本方程
积分形式:
+ S
D
d
S
=+
V
ρ
dV
+ B d S =0 S
B
+CE d l = +S t d S
D
+C H d l =+S J + t d S
物理光学
光电信息学院
1.1.2 电磁场基本方程
2. Material equation
物理光学
光电信息学院
(B). 数学表达式
f = f ( k r , t )
1.2.2 时谐均匀平面波
沿 k 传播
f(z,t)
沿 z 传播
f(z±υt) 以υ沿z传播
f (kz ± ωt )
物理光学
光电信息学院
1.2.2 时谐均匀平面波
假设均匀平面波沿+z 方向传播,即 E 和 H 仅 是 z 和 t 的函数,波动方程简化为
1.2.2 时谐均匀平面波
对应频率为 时谐均匀平面的特解为
Z
E( z, t) = E 0 cos (t υ±
)
+0
f (kz
±
ωt
)
H
(
z,
t)
=
H
0 cos
(tυZ±
) +K0 = ω / υ
式中,矢量 E0和 H0的模分别是时谐电场和时谐 磁场的振幅,矢量 E0和 H0的方向分别表示时
物理光学
光电信息学院
各向同性、均匀介质
1.2.1 波动方程
D = 0
高考物理光学ppt课件
折射现象
折射率与光速的关系
不同介质中光速不同,折射率与光速 成反比。
光从一种介质斜射入另一种介质时, 传播方向发生改变的现象,如棱镜分 光、透镜成像等。
2024/1/25
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全反射与临界角
全反射现象
当光从光密介质射入光疏介质时,如果入射角大于或等于某一特定 角度(临界角),则光线完全反射回原介质,不再进入光疏介质。
2024/1/25
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06 高考物理光学备考策略
2024/1/25
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熟悉考纲要求和考试形式
2024/1/25
01
仔细阅读并理解高考物理考纲中 光学部分的要求,明确考试形式 和评分标准。
02
了解历年高考物理光学试题的命 题规律和难易程度,为备考制定 合理的复习计划。
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系统复习光学基础知识
熟练掌握几何光学的 基本概念和规律,如 光的反射、折射、全 反射等。
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THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
2024/1/25
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全反射现象
当光从光密介质射入光疏介质时,如果入射角大于或等于临界角,就会 发生全反射现象。
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考点二:透镜成像原理及应用
透镜的分类及特点
凸透镜和凹透镜的形状、光学性质及其成像特点 。
透镜成像规律
物体在透镜的不同位置时,成像的位置、大小和 倒正情况。
透镜的应用
了解透镜在日常生活、生产和科研中的应用,如 照相机、投影仪、放大镜等。
2024/1/25
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光的干涉现象及应用
双缝干涉
光通过两个小缝后,在屏幕上产 生明暗相间的干涉条纹,用于测
量光的波长。
薄膜干涉
精品物理光学PPT课件(完整版)
激光源、双缝、屏幕。
实验现象
在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。
理论分析
通过双缝的光波在屏幕上叠加,形成干涉图样。根据干涉条件,可推 导出条纹间距与光源波长、双缝间距及屏幕距离的关系。
薄膜干涉原理及应用
01
薄膜干涉
光波在薄膜前后表面反射后叠加形成的干涉现象。
02 03
原理分析
光波在薄膜前后表面反射时,相位发生变化,当光程差为半波长的奇数 倍时,反射光相互加强,形成亮纹;当光程差为半波长的偶数倍时,反 射光相互减弱,形成暗纹。
光的偏振现象
光波是横波,其振动方向 垂直于传播方向。通过偏 振片可以观察到光的偏振 现象。
几何光学基本概念
光线和光束
光线表示光传播的路径和 方向,光束是由无数条光 线组成的集合。
光的反射和折射
光在两种不同介质的交界 面上会发生反射和折射现 象,遵循反射定律和折射 定律。
透镜成像
透镜是一种光学元件,可 以改变光线的传播方向。 通过透镜可以形成实像或 虚像。
光的色散
色散是指复色光分解为单色光的现象 。牛顿的棱镜实验揭示了光的色散现 象。
02
光的干涉现象
干涉现象及其条件
干涉现象
干涉图样
两列或多列光波在空间某些区域相遇 时,光强在空间重新分布的现象。
明暗相间的条纹,反映了光波的振幅 和相位信息。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同 、相位差恒定。
双缝干涉实验分析
量子光学应用与前景
列举量子光学在量子通信、量子计算、量子精密测量等领域的应 用,以及未来可能的发展趋势和挑战。
06
实验方法与技巧指导
基本实验仪器使用说明
分光计
物理光学3光的干涉30课件1
x m D
d
I
-4
e- 2
m-1
0
e2
4
m
mm++12
在杨氏实验中: d D
y
条纹的间隔: e
S1
e 是一个具有普遍意义
S
O
S2
d
的公式,适合于任何干涉系统。
会聚角 x
r1
r2
D
y P(x,y,D) x
z
5、干涉条纹间隔与波长
条纹的间隔:e
条纹间隔 e , e 1 。
S线光源,G是一个遮光屏,其上有两条与S平行的狭缝S1、 S2,且与S等距离,因此S1、S2 是相干光源,且相位相同;S1、 S2 之间的距离是d ,到屏的距离是D。
G
r1
P
S1 SS d
r2
x O
S2
D
纹干 涉
I
光
条
强
分
布
同方向、同频率、有恒定初位相差的两个单色光源所 发出的两列光波的叠加。
1、干涉条纹代表着光程差的等值线。 意一点到两个光源
的光程差是恒定的。
2、相邻两个干涉条纹之间其光程差变化
量为一个波长,位相差变化2。
4、干涉条纹的间隔
1 .0
条纹间隔:
0 .8
0 .6
D
DD
0 .4
e (m 1) m
d
dd
0 .2
0 .0
定义:两条相干光线的夹角为相 干光束的会聚角,用表示。
两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象,即使是同一 个单色光源的两部分发出的光,也不能产生干涉。
无干涉现象
两个完全独立的没有关联的光波无论如何不会产生干涉,而 只有当两个光波有紧密关联或当两个光波是由同一光波分离出 来时,才会发生干涉。(从光源本身的发光特性来解释)
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(10-26)
上式是一个具有单一频率、在时间和空间上无限延伸的波。
在空间域中(时间轴为 某 一时刻,参量: 、 1 / 、 和空间角频率 。 k
v or c
在时间域中(空间某点 ) 参量:T、、及角频率
27
沿空间任一方向k传播的平面波
E=A cos(k r t ) E=A cosk x cos y cos z cos t
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第十章 光的电磁理论基础
光的本质 光的电磁理论的建立
麦克斯韦(Maxwell) 赫兹(Hertz)
光在电磁波中的位置
15
The electromagnetic spectrum
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第一节 光的电磁性质
一、麦克斯韦方程组 (Maxwell’s equation) 1、静电场和稳恒电流磁场的基本规律
其认为发光物体都发射光微粒,这些微粒可 在真空或透明介质中以巨大速度沿直线运动。 微粒说可解释光的直线传播、光的反射现象, 亦可勉强解释光的折射。但对实验中相继发 现的大量光的干涉、衍射和偏振现象却无法 解释。
9
波动说是有胡克(R. Hooke)和惠更斯(C. Huygens)提出的。
其认为光是一种波动,光的传播不是微粒的运 动,而是运动能量按波的形式迁移的过程。 波动说能更简单地解释光的反射、折射现象。
有 电磁波的速度: c v rr 和电磁波的折射率: c v r r n
22
四、平面电磁波及其性质
(一)波动方程的平面波解 1、方程求解: 设光波沿z轴正向传播
z y
v
=x 0
y0 z0 x y z z0 z
x
23
结果: E
2
1 2E v
z
A plane EM wave travelling alongz, has the same E x (or B y) at any point in a given xy plane. All electric field vectors in a givenxy plane are therefore in phase. The xy planes are of infinite extent in the x and y directions.
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课程要求
课堂笔记 • 平时作业 • 考试成绩 • 严肃纪律
•
4
电磁波辐射是以两个互相耦合的波矢量方式来传递的,一 个是电场波,一个是磁场波。波动光学理论近似于电磁理论, 它只说明了光是一个具有时间和位置的标量函数(波函数)。 几何光学是在短波长范围的更进一步简化,因此,可以认为电 磁光学包含了波动光学,而波动光学又包含了几何光学。量子 光学的理论几乎可以解释所有光学现象,比电磁光学更具一般 性。全量子理论可以解释经典或半经典所不能解释的自发辐射、 光子统计和激光线宽等问题。
j E D E B H
在真空中: =0,
:电导率; :介电常数; :磁导率。
2 = 0=8.854210-12 C 2 / N m(库2 / 牛 米2) 2 =0=4 10-7 N S 2 / C(牛 秒2 / 库2)
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三、电磁场的波动性(波动方程)
?1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)
D B 0 B t D H j t E
(10-1) (10-2)
揭示了电流、电场、磁 场相互激励的性质
(10-3)
(10-4)
:封闭曲面内的电荷密 度;
j:积分闭合回路上的传 导电流密度; D :位移电流密度。 t
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二、物质方程(描述物质在场作用下特性的方程)
?1999 S.O. Kasa p, Optoelectronics (Prentice Hall)
30
Ex x
Direct ion of Prop agat ion
k
z y By
z
An electromagnetic wave is a travelling wave which has time varying electric and magnetic fields which are p erp endicular to each other and the direction of prop agat ion, z.
2Байду номын сангаас
t
2
0
2E z
2
1 2E v
2
t
2
0
z z 令 = t , t,则有 v v z z z z E=f1 ( t ) f 2 ( t ),和 B=f 1 ( t ) f 2 ( t ) v v v v
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2、解的意义:
z z E=f1 ( t ) f 2 ( t ) z z f1 和 f 2 是以( t )和( t ) v v v v z z B=f1 ( t ) f 2 ( t ) 为变量的任意函数。 v v z z f1 ( -t )表示沿 z轴正向传播, f 2 ( +t )表示沿 z轴负向传播。 v v z 取正向传播: E=f1 ( t ) v 这是行波的表示式,表 z B=f1 ( t ) 示源点的振动经过一定 v 的时间推迟才传播到场 点。
满眼生机转化钧, 天工人巧日争新。 预支五百年新意, 过了千年又觉陈。 虽然大器晚年成, 卓荦全凭弱冠争。 多识前言畜其德, 莫抛心力贸才名。
1
王发强 Fq_wang@ 信息光电子科技学院 华南师范大学
2
介绍课程
参考书:
•
•
•
•
物理光学与应用光学,石顺祥等,西安电子 科技大学出版社,2002 光学,王楚,汤俊雄,北京大学出版社, 2001 光学,赵凯华,钟锡华,北京大学出版社, 1984 Principles of Optics(7th edition),M.Born, E.Wolf,世界图书出版社,2001
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其次,它又是一门朝阳学科。自1960年 激光问世以来,光学渗透到了各个领域, 并出现了交叉分支。 人们对光学的科学研究集中在光的本质、 光的传播以及与物质的相互作用方面。对 于光究竟是什么,直到17世纪才形成两种 看法各异的观点――微粒说和波动说。
8
微粒说的代表人物是笛卡尔(R. Descartes)和牛顿(I. Newton)。
全量子方法:场进行量子化 + 原子在场中的行为也 用量子力学方法处理(Janes-Cummings 模型)。
6
光学总论
§光学史
光学是人们对光进行研究和应用的科学。 首先,它是一门古老的学科。早在4000年前的古埃及和约 3000年前的中国,人们就有利用光学现象的先例。如铜镜、 凹面镜取火(《周礼· 考工记》,周朝)等。到了公园前400 年,我国出现了有关针孔成像(《墨经》,先秦。“景到 (倒),在午有端,与景长,说在端。")、平面镜和球面 镜(《梦溪笔谈》,宋朝)等早期光学实验记录。今天光学 教科书的传统内容已十分丰富。
量子光学 电磁光学 波动光学 几何光学
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在研究光与介质(一般为二能级的原子模型)的 相互作用时,有如下几种处理方法: 经典方法:麦克斯韦方程描述场 + 用经典电磁学方法 处理原子与光场的相互作用。 半经典方法:麦克斯韦方程描述场 + 量子力学方法 处理原子与光场的相互作用。(如最常用的MaxwellBlocth方程)。
对于电磁场远离辐射源 = ,j= : 0 0
E 0 B E t E B t
结果: 2 E B
2 2
B 0 点积为零,叉积与时间偏导成正比
2E E =- B t t 2 E E 2 E
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在光学发展过程中,曾出现过令物理学家 大为困惑的,极力寻找和证实的物质―― 以太(ether)。
既然光是一种波,那么,它赖以传播的介质 是什么?
这个问题直到19世纪末随着洛伦兹(H. A. Lorentz)创立电子论及随后的场论,才使 以太论最终抛弃。
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至此,人们以为最终认识了光的本质。
遗憾的是由于把光现象看成某种机械运动过程, 认为光是一种弹性波,因而必须臆想一种特殊 的弹性介质(以太)充满空间,这种介质应密 度极小和弹性模量极大。这些均无法实验验证。
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加之当时出于牛顿在力学方面的巨大贡献, 因此对波动说几乎无人相信。 直到19世纪初,由于杨氏(T. Young)、菲 涅尔(A. J. Fresnel)等一批科学家的不 懈努力,令人信服地用波动说解释了光的干 涉、衍射和偏振现象,波动理论的地位才被 确立。
平面波的复数形式: E=A exp[i(k r t )] 复振幅: E=A exp(ik r )
复振幅:只关心光波在 空间的分布。
y
x
P(x,y,z)
k
r z s=r k
o
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(三)平面电磁波的性质
1、横波特性:电矢量和磁矢量的方向均垂直波的传播
方向。
2、E、B、k互成右手螺旋系。
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(二)波动方程的平面简谐波解 (Simple Harmonic Wave)
z E=A cos( t ) v z B=A' cos( t ) v
A:电场振幅矢量 A' :磁场振幅矢量 :角频率
位相是时间和空 z ( t ) 称为位相 间坐标的函数, v 表示平面波在不 =2 2 / T :振动频率 同时刻空间各点 的振动状态。 vT , 0 cT :波长