高等光学课件cxr__第8讲
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2. 物像关系基础公式
• 高斯公式：
p 为物距，q 为像距，f 为焦距
在一般摄影时像距其实与焦距非常接近， 但是在微距摄影时，像距则可能大于焦距，此 时放大率会超过 1。利用高斯公式其实也可以 导出放大率公式：
放大率 M﹦p/q
2. 色差
• 透镜最主要像差一般为色差，大家都知道三棱 镜会将白光分散为光谱，透镜的侧面看来其实 也像棱镜，所以会有色差，红光波长较长，结 果红光焦点就比蓝光焦点长，因此焦点不在同 一平面上，所以目镜看红光影像清晰，蓝光影 像就不清晰，反之亦然，用没有消色差的透镜 当物镜就会看到物体镶了红边或蓝边，不够清 晰。
称轴线 今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、
二、成像基本概念 1、透镜类型 正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜
会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转
负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜
发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转
2、透镜作用－－－成像
1. 焦距
在单透镜而言，如果窗外景物够远，那么透镜到倒立影像之距离 可视为焦距。如要更确实的量测，可以对着太阳在地面呈像，再 量测透镜到影像的距离。
• 要知道真正的焦距，还有一个方法，就是用物距与像距来计算， 因为物距与像距的比与物高与像高的比值是一样的，物高可以找 一个已知高度的物体，像高可以量测，物距可以量测，像距就可 以计算出来，而物距超过焦距五十倍以上时，算出来的像距已经 极接近焦距的数值。
第五节 光学系统类别和成像的概念
各种各样的光学仪器 显微镜:观察细小的物体 望远镜:观察远距离的物体
各种光学零件——反射镜、透镜和棱镜
光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起来，满足一定的要求
课件工程光学-08典型光学系统.ppt
1.0
0.8
光谱光效率
为什么暗环境下能
0.6
做饭、洗衣，但不
0.4
能描龙绣凤？
0.2
2024/10/8
0.0 400 500 600 700 800
l(nm)
光谱光效率函数曲线
第七章 光度学基础
7
§8.1.5 眼睛的分辨率
眼睛刚能分辨开二个很靠近点的能力称为眼睛的分辨率。 二者成反 比
刚能分辨的二个点对眼睛物方节点的张角称为极限分辨角。
瞄准精度和前面讲到的分辨率是不是一个概念？
瞄准精度随所选取的瞄准标志而异，最高精度可达人眼分辨率的1/6到1/10。
二实线重合 60
2024/10/8
二直线端部对准 叉线对准单线
（10～20）
10
第七章 光度学基础
双线对称夹单线 （5～10）
9
§8.1.7 眼睛的立体视觉
眼睛观察空间物体时，能区别它们的相对远近而具有立体视觉。简称体视。 C
若以50％渐晕点为界来决定线视场2 y
F
2 y 2B2F
f tanW2
f h d
250 f
2 y 500h d
W F
f 眼瞳
W3W2 W1 2a 2h
眼瞳
d
2024/10/8
第七章 光度学基础
14
讨论：
逢年过节，要买放大镜孝敬老人， 该如何选择其放大倍率？
2y h
2y 1
2y 1 d
（2）与照明光谱成份有关：单色光分辨率高（眼睛有色差）； （3）与视网膜上成像位置有关，黄斑处分辨率最高。
对眼睛张角小物体的要借助望远镜或显微镜等仪器，仪器 应有适当的放大率，使能被仪器分辨的也能被眼睛分辨。
《光学教程第一章》课件
《光学教程第一章》PPT 课件
光学教程第一章PPT课件
章节概述
光学基础知识
从光学的起源和发展，介绍光学的基本概念 和原理。
光的本质和特性
探索光的波粒二象性，频率和波长，速度以 及偏振。
光的传播和衍射
解读光的传播方式，直线传播，散射和吸收， 以及衍射现象。
光的折射和反射
揭示光的折射规律，全反射，反射规律，并 介绍实验。
3
光的速度
探索光在不同介质中传播时的速度变化。
4
光的偏振
讲解光的偏振现象及其在实际应用的意义。
光的传播和衍射
光的传播方式
详细介绍光是如何在空间中传播的。
光的散射和吸收
探讨光在遇到粗糙和杂乱表面时的散射和吸 收现象。
光的直线传播
解析光在均匀介质中直线传播的规律。
光的衍射现象
阐述光通过孔隙或障碍物时发生的衍射现象。
光的折射和反射
光的折射规律 光的全反射
光的反射规律 光的反射实验
介绍光在两个介质交界面发生折射时的规律。 探索光从光密介质射向光疏介质时发生的全反 射。 解析光在平面镜和曲面镜上的反射规律。 介绍一些简单的光的反射实验，如镜子实验。
光的干涉和衍射
光的干涉现象
阐述不同光波相互作用导致的干涉现象。
干涉的类型
光学基础知识
光的定义
详细讲解光的定义和相关概念。
光的属性
解析光的属性，如波动性和微粒性。
光的来源和产生
探索光的来源和产生，如自然光和人工光源。
光学实验
介绍一些基本的光学实验，如折射、反射和干涉。
光的本质和特性
1
光的波粒二象性
阐述光的波动性和微粒性的双重特性。
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章节概述
光学基础知识
从光学的起源和发展，介绍光学的基本概念 和原理。
光的本质和特性
探索光的波粒二象性，频率和波长，速度以 及偏振。
光的传播和衍射
解读光的传播方式，直线传播，散射和吸收， 以及衍射现象。
光的折射和反射
揭示光的折射规律，全反射，反射规律，并 介绍实验。
3
光的速度
探索光在不同介质中传播时的速度变化。
4
光的偏振
讲解光的偏振现象及其在实际应用的意义。
光的传播和衍射
光的传播方式
详细介绍光是如何在空间中传播的。
光的散射和吸收
探讨光在遇到粗糙和杂乱表面时的散射和吸 收现象。
光的直线传播
解析光在均匀介质中直线传播的规律。
光的衍射现象
阐述光通过孔隙或障碍物时发生的衍射现象。
光的折射和反射
光的折射规律 光的全反射
光的反射规律 光的反射实验
介绍光在两个介质交界面发生折射时的规律。 探索光从光密介质射向光疏介质时发生的全反 射。 解析光在平面镜和曲面镜上的反射规律。 介绍一些简单的光的反射实验，如镜子实验。
光的干涉和衍射
光的干涉现象
阐述不同光波相互作用导致的干涉现象。
干涉的类型
光学基础知识
光的定义
详细讲解光的定义和相关概念。
光的属性
解析光的属性，如波动性和微粒性。
光的来源和产生
探索光的来源和产生，如自然光和人工光源。
光学实验
介绍一些基本的光学实验，如折射、反射和干涉。
光的本质和特性
1
光的波粒二象性
阐述光的波动性和微粒性的双重特性。
《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
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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
高中光学知识点总结ppt
高中光学知识点总结ppt第一部分：光的传播1. 光的直线传播：光是以直线传播的，不受到障碍物的影响，而形成阴影。
这一原理在成像学中得到了广泛的应用，例如在相机、望远镜等光学仪器中。
2. 光的折射现象：当光从一个介质进入另一个介质时，由于介质的密度不同，导致光线的传播发生改变，这就是光的折射现象。
折射现象在光的导光器等光学器件中都发挥了重要作用。
3. 光的反射现象：当光线入射到一个介质表面上时，一部分光被反射，一部分光被折射，这就是光的反射现象。
反射现象在镜子、光学玻璃等器件中得到了广泛的应用。
4. 光的散射现象：当光线遇到介质内的不均匀粒子时，会发生光的散射现象，使得光线出现弯曲、偏折等现象。
这一现象在大气层中的光线散射、激光导引光等领域应用广泛。
第二部分：光的色散1. 光的色散现象：当光线通过介质时，由于不同波长的光在介质中传播的速度不同，导致光的发生色散现象，即不同波长的光线会具有不同的折射角度。
这一现象在光谱仪、分光计、色散棱镜等仪器中得到了广泛应用。
2. 光的偏振：当光线传播时，光的振动方向会发生变化，具有一定的振动特性。
这一性质在偏振镜、偏振片等光学器件中得到了广泛的应用。
第三部分：光的成像1. 光的成像原理：当光线通过透镜或反射镜时，会在焦点处形成清晰的像。
这一原理在相机、望远镜、显微镜等光学仪器中得到了广泛应用。
2. 透镜成像：透镜是一种能够成像的光学器件，根据透镜的形状、曲率等不同特性，可以实现不同的成像效果，例如放大、缩小、翻转等。
3. 反射镜成像：反射镜是一种利用光的反射原理成像的光学器件，根据反射镜的形状、表面特性等不同，在光学成像中也发挥了重要的作用。
第四部分：光的波动1. 光的波动特性：光具有波动特性，能够表现出干涉、衍射、偏振等现象。
这一特性在光学干涉仪、激光干涉仪、衍射光栅、偏振片等器件中得到了广泛的应用。
2. 光的波长和频率：光被认为是一种电磁波，具有一定的波长和频率，这一性质在波长和频率的测量、光的激发等领域得到了广泛应用。
光学基本知识讲座PPT课件
的距离
物方焦距：物方主点到物方焦点
的距离
.
17
3.物像位置、放大率
物像位置：可相对于焦
点或主点来定义
如图所示，
以焦点来定义的物
像公式是：
xx’=ff’
以主点来定义的物
像公式是：
1/l’-1/l=1/f’
.
18
物像位置、放大率
根据上面的成像关系式，可以导出物像 之间放大倍率的计算公式
.
8
三.物像的基本概念
1.光学仪器和激光头 的光学系统都由一系 列折射面和反射面组 成
2.光轴：各个表面的 曲率中心均在同一直 线上的光学系统称为 共轴光学系统，这条 直线称为光轴
.
TOP 66A光 学 系 统 示 意 图 9
物像的基本概念
3.成像：以A为顶点的入 射光束经光学系统一系 列表面折射和反射后， 变为以A’点为顶点的出 射光束，称A为物点，A’ 为像点，A’为物点A的像； 物所在的空间称为物空 间 像所在的空间称为像空 间
反射光线与入射光线 和法线在同一平面内， 入射光线与反射光线 分别位于法线的两侧， 与法线夹角相同
I”=-I
.
7
光的全反射
当光线由光密介质向 光疏介质传播时，根 据折射定律可知，因 n’<n 则 I’>I,当 SinIm=n’/n时，这些 光线不再折射到另一 介质，而按反射定律 在界面上被全部反射
的共轭点必位于该直线的共轭线上。
此假设1841年由高斯建立，故称为高斯光学。
.
14
2.理想光学系统的基点、焦距
平行于光轴的入射光线AE,经 系统后，沿G’F’方向射出， 交于像方F’点，沿光轴入射的 光线经系统后仍沿光轴出射。 由于像方的出射光线G’F’和 OkF’分别与物方的入射光线 AE1和FO1共轭，故像方F’点 在物方的共轭点必是光线AE1、 和FO1的交点，它位于左方无 穷的光轴上，故F’即为无穷远 轴上点的像，称为光学系统 的像方焦点。
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U f2
f 2
聚光本领
物镜的聚光本领是描述物镜聚集光通量能力的物理量，可以 用象面的照度来量度。
分辨本领
瑞利判据：总照度分布曲线中央有下凹部分，其对应强度不超过每 一分布曲线最大值的74%，当一个中央亮斑的最大值位置恰和另一个中 央亮斑的最小值位置相重合时，两个像点刚好能被分辨。
36
第四章 光学仪器的基本原理
32
第三章 几何光学基本原理
球面折射对光束单心性的破坏
n
l P
A
n
l P
Or C
s
s
B
近轴光线条件下球面折射的物像公式
n n n n s s r
33
第三章 几何光学基本原理
横向放大率
在近轴光线和近轴物
Q
的条件下，垂直于主轴的 y
物所成的像仍然是垂直于
P
O
主轴的，像的横向大小与 物的大小之比值为横向放
棱镜
棱镜是一种常见的光学元件，它的主要用途有两种：作为色散 元件和利用光的棱镜内的全反射来改变光束的方向，即转向元件。
棱镜材料的折射率为：
n
sin i1
sin
0
2
A
sin i2
sin A
2
30
第三章 几何光学基本原理
符号法则
球面的中心点O称为顶 点，球面的球心C称为 曲率中心，球面的半径 称为曲率半径，连接顶 点和曲率中心的直线CO 称为主轴，通过主轴的 平面称为主平面。主轴 对于所有主平面具有对 称性。
u
sin2 N(d sin
sin2(d sin )
)
I0
s in 2 u2
u
sin2 Nv sin2 v
大学物理光学PPT演资料
反射的规律
如果让光线逆着反射光线的方向照射到平面镜上， 可以看见光，这说明：在反射现象中，光路是可逆 的。
镜面反射和漫反射
平行光射到平面镜上，反射光仍平行，这个反射叫 镜面反射。
平行光照到白纸上，反射光向各个不同的方向，这 种反射叫漫反射。
镜面反射和漫反射都遵循光的反射定律。
牛 顿 环
牛顿环的应用———检测透镜质量
将标准验规覆盖于待测透镜表面，两者之间形成空气膜， 因此可观察到牛顿圈。如圈数越多，说明误差越大。如牛 顿圈偏离圆形，说明透镜表面不规则。
惠更斯的波动说
光是在充满整个空间的特殊介质“以太”中 传播的某种弹性波
惠更斯只是在前人的基础上进一步发展了光的波动理论 ,得到了著名的惠更斯原理.用这个原理他成功地推导出 反射定律和折射定律,此外还说明了冰洲石的双折射现 象.惠更斯发现了光的偏振现象.不过在那个年代因为牛 顿支持光的粒子学说,所以光的波动说没有被普遍接受. 直到19世纪杨氏双缝实验的成功,光的波动理论才开始 逐渐被人们接受.
牛顿在光学上的贡献
牛顿是这样认为的：光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子 流，发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流，一旦 这些光粒子进入人的眼睛，冲击视网膜，就引起了视觉，这就是光的微粒 说．牛顿用微粒说轻而易举地解释了光的直进、反射和折射现象．由于微 粒说通俗易懂，又能解释常见的一些光学现象，所以很快获得了人们的承 认和支持．
动是各子波在此产生的振动的叠加 .
由子波相干叠加得到在 P点的合振动为：
E
S
dE
C
S
K
(
)
dS r
cos(t
2 nr
)dS
光的反射
高等物理光学 ppt
单色光通过，而其它光线不能透射
例：空气的折射率为 n1 1，照相机镜头玻璃折射率为 n3 1.5 增透膜的折射率 n2 1.38
求：欲使 5500 Å增透，膜的厚度至少为多少？
解：增透膜在镀膜两表面的反射光发生相消干涉
2e n2 n1 sin i a1 a2
2n2 e
2
M
A
e B Q
B.干涉条纹计算 明条纹 暗条纹
2n2 e
2
m
( 2m 1)
m 1,2,3
2n2 e
2
2
m 0,1,2
讨论：(1). 光程差中出现半波损失项时，棱边为暗条纹 (2).劈形膜干涉是典型的等厚干涉。
涉条纹就会向棱边（或远离棱边）移动，设移动的干涉条
纹数为 m ，则厚度的改变量为
e m
2n2
从而可以计算厚度的微小改变量 测量固体的热膨胀系数就可以采用劈尖干涉来进行
(3).检测平面的平整度 如果待检测平面出现不平整现象，干涉条纹就会移动或弯曲
a N
l a h e h
e
M
ek ek+1
美籍德国人 因创造精密光学仪
器，用以进行光谱
学和度量学的研究,
并精确测出光速,
获 1907 诺贝尔物 理奖。
迈克耳孙在工作
Michelson 干涉仪
振幅分割型双光束干涉仪； 许多现代干涉计量仪器的基础。 构造和光路 迈克尔孙干涉仪
迈克干涉仪 不同方位看到的Michelson 干涉仪装置
B: beam-splitter(分束镜); C: compensator(补偿器); M1, M2: mirrors (反射镜)
《大学物理教程》03-光学-08
光栅衍射是单缝衍射与缝间干涉的结合； 每个缝单独打开时有同样的衍射条纹，有 明纹，有暗纹； 如果缝全打开时，暗纹处还是暗纹，而原 来明纹处就不全是明纹了，而是有缝间光线的 干涉，出现了暗纹，由于每条缝到中央明纹区 的光程差不同，使得暗区增大，而明纹更亮更 变窄了，出现在主极大（很亮的光）和次极大 （比较弱，看不清楚）。
§9.6 衍射光栅
光栅—大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)
d
d
1
光栅常数
a 是透光（或反光）部分的宽度
b 是不透光(或不反光)部分的宽度
d=a+b 光栅常数
d大约是 10-5~10-6 m, 即每cm有103～104个条纹。
2
一、光栅衍射图样的形成及其特点
3
不相邻的缝对应点的光程
差正好是 (ab)sin
的整数倍,即：
1 2(ab )s i nds in
132dsin 143dsin
可把系数 1, 2, 3 … 放入 k 中,所以
d si n a b si n k k0,1,2,3
即为光栅方程。
6
N 4 , d 4a
I0单 I单 单缝衍射光强曲线
P236 9.12，9.13，9.15， 9.16，9.20
10
8
因为这时对于单缝衍射， sin
a
是暗纹。
在所有单缝衍射暗纹处没有光栅的主极大出现，
称为光栅的缺级。
d 为整数比时，明纹会出现缺级。
a
I0单 I单
-2
-1
0
1
2 sin ( /a)
光栅衍射 光强曲线
I N2I0单
N=4
单缝衍射 d = 4a
轮廓线
-8
§9.6 衍射光栅
光栅—大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)
d
d
1
光栅常数
a 是透光（或反光）部分的宽度
b 是不透光(或不反光)部分的宽度
d=a+b 光栅常数
d大约是 10-5~10-6 m, 即每cm有103～104个条纹。
2
一、光栅衍射图样的形成及其特点
3
不相邻的缝对应点的光程
差正好是 (ab)sin
的整数倍,即：
1 2(ab )s i nds in
132dsin 143dsin
可把系数 1, 2, 3 … 放入 k 中,所以
d si n a b si n k k0,1,2,3
即为光栅方程。
6
N 4 , d 4a
I0单 I单 单缝衍射光强曲线
P236 9.12，9.13，9.15， 9.16，9.20
10
8
因为这时对于单缝衍射， sin
a
是暗纹。
在所有单缝衍射暗纹处没有光栅的主极大出现，
称为光栅的缺级。
d 为整数比时，明纹会出现缺级。
a
I0单 I单
-2
-1
0
1
2 sin ( /a)
光栅衍射 光强曲线
I N2I0单
N=4
单缝衍射 d = 4a
轮廓线
-8
光学教程第四版 姚启钧著 讲义第八章.8
率宽度和谱线宽度。
25
四、选 模
在激光器的输出光束 中，如果只存在一个共振 频率，则称为一个纵向模 式或称为纵向单模，简称 单纵模。在激光技术中， 如同时存在几个共振频率， 则称为纵向多模。
可利用F-P标准具进
行选模，条件是：
k
k
c 2nd cos i2
.
26
8.6 激光的相干性
一、时间相干性和空间相干性 二、普通光源的相干性 三、激光器的横向模式 四、激光的相干性
27
一、时间相干性和空间相干性
相干性：空间任意两点光振动之间相互关联的 程度。
相干时间：原子的平均发光时间间隔△tH 。
相干长度：在相干时间内光经过的路程△lH ，
△lH = c △tH 。
迈克耳孙干涉仪————光的时间相干性；
杨氏实验——光源的空间相干性。
二、普通光源的相干性
n B n u(v) n
21
21 2
2 21
其中B21 称为受激辐射爱因斯坦系数。
17
注意：
①
只有当外来光子的能量
h
正好
21
满足关系式
h 21 E2 E1
时，才能引起受激辐射。
② 受激辐射发出来的光子与外来光 子具有相同的频率、相同的发射方向、 相同的偏振态和相同的相位。
3
8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8.10 光盘存储技术 8.11 傅立叶光学的几个基本概念 8.12 阿贝成像原理 8.13 阿贝-波特实验和空间滤波
4
8.1 原子发光的机理
一、玻尔的氢原子模型 二、能级图 三、原子发光的机理
25
四、选 模
在激光器的输出光束 中，如果只存在一个共振 频率，则称为一个纵向模 式或称为纵向单模，简称 单纵模。在激光技术中， 如同时存在几个共振频率， 则称为纵向多模。
可利用F-P标准具进
行选模，条件是：
k
k
c 2nd cos i2
.
26
8.6 激光的相干性
一、时间相干性和空间相干性 二、普通光源的相干性 三、激光器的横向模式 四、激光的相干性
27
一、时间相干性和空间相干性
相干性：空间任意两点光振动之间相互关联的 程度。
相干时间：原子的平均发光时间间隔△tH 。
相干长度：在相干时间内光经过的路程△lH ，
△lH = c △tH 。
迈克耳孙干涉仪————光的时间相干性；
杨氏实验——光源的空间相干性。
二、普通光源的相干性
n B n u(v) n
21
21 2
2 21
其中B21 称为受激辐射爱因斯坦系数。
17
注意：
①
只有当外来光子的能量
h
正好
21
满足关系式
h 21 E2 E1
时，才能引起受激辐射。
② 受激辐射发出来的光子与外来光 子具有相同的频率、相同的发射方向、 相同的偏振态和相同的相位。
3
8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8.10 光盘存储技术 8.11 傅立叶光学的几个基本概念 8.12 阿贝成像原理 8.13 阿贝-波特实验和空间滤波
4
8.1 原子发光的机理
一、玻尔的氢原子模型 二、能级图 三、原子发光的机理
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nx2
n
2 y
n2 n2
1 1
k02x k02y
Ex n2k0xk0yEy n2k0xk0z Ez 0 Ey n2k0yk0xEx n2k0yk0xEz 0
nz2
n2
1
k02z
Ez n2k0zk0xEx n2k0zk0yEy 0
对o光： 有：
Ex Dx x Ex
C Eo (Do )
D
o光子波光线面
o
各向同性介质
n1
k (t )
no
B
A
正单轴晶体
具体做法：
（1）做出晶体内光线面在主截面（晶体光轴与界面法线组成的平面）上的交线；
其中o光子光光线面与主截面的交线为圆，半径为： r
n1 AB no
e光子光光线面与主截面的交线为椭圆，光轴与椭圆的长轴（其长度的一半
n' no
n'' ne ( )
no2ne2 no2 sin 2 ne2 cos2
D 0n2 E k0 k0 E
Dl 0l El 0nl2El 0n 2 El k0l k0 E
0nl2El 0n2 El k0l k0 E 0 (l x, y, z)
E
31
m (E) rmk Ek
k
（2）、二次6电(1E光) 效6应s6 的E6简12 化下标公式
m (E) smn En2
n
二、线性电光效应（泡克耳斯效应）
有外电场存在时，折射率椭球为：
忽略二次电光效应，则： 折射率椭球形式为：
由于外加电场的存在，方程中出现了交叉项 yz、xz和xy，使得折射率椭 球不仅形状发生了变化，而且相对于原主轴坐标系xyz来说，新的椭球主轴转 过了一个角度。
O光新波前是所有球面子波的包络面，e光新波前就是所有椭球子波的包络面
三、单轴晶体双折射举例
光线垂直入射
光线面方程：xx22ne2yy22znz2o22n1o2
1、晶体表面与光轴垂直，无双折射；
2、晶体表面与光轴平行，有双折射；
光线方向相同，但o光、e光光线
速度不同，将产生相位差
光线倾斜入射 1、光轴在入射面内，e光波法线方向与光线方向不一致； 2、光轴垂直于入射面，e光波法线方向与光线方向一致；
一、电光效应概述
1、概念
2、起因
3、
与
E外
（即
E
）的关系
ij
(E)
ij
(0)
3 k 1
ij Ek
E0
Ek
Байду номын сангаас
3 k
3 l
1
2 ij
2 EkEl
E0
Ek
El
ij (E) ij (0) ij (E)
(E) (E) (0)
ij
Ek
E0
ijk
1
2 ij
2 Ek El
E0
sijkl
ij (E) ijk Ek
sijkl Ek El
k
kl
r
rijk
3x3x3
r
rmk 6x3
r11 r12 r13
r
rmk
m 1~ 6 k 1~3
r21
r22
r23
r61
r62
r63
63
（1）、一次电光效应的简化下标公式
(
E
)
61
r
63
Eo 0 0 Do Eo // Do
0 0
对e光： 有：
Ee
Ey
0 ne2
cos
Dy
0 0no2ne2
cos
De
Ee不平行De
Ez no2 sin Dz 0no2ne2sin
z
k0
y
第五章 晶体的光学效应
§5-1 晶体的电光效应
一、电光效应概述 二、线性电光效应（泡克耳斯效应） 三、电光振幅调制 四、电光相位调制 五、二次电光效应（克尔电光效应） 六、高频电光调制
新的主轴方向和主折射率可以由二次型的主轴变换方法求出来。通过寻找 以下矩阵
的本征值确定新的主轴方向。
为r）平行，与椭圆的短轴垂直，短轴长度的一半为： r' n1 AB ne
（2）过B点做圆和椭圆的切线BC和BE
（3）过O点做切线BC和BE的垂线，垂足分别为C、D
（4）连接OC、OD、OE，它们分别代表了：。。。。。。
注意：光程相等，即： n1 AB no OC n2 OE
（5）由晶体中各矢量的空间关系确定场矢量及其相应的振动方向
光线从晶体出射后方向如何？
四、单轴晶体中o光、e光性质的解析分析法
对单轴晶体， nx ny no , nz ne
假定入射波矢： k0 (k0x 0, k0y sin, k0z cos )
代入方程
k2 0x
k2
0y
k2
0z
0中
1 x
1 n2
1 y
1 n2
1 z
1 n2
求得给定波矢下折射率n的两个解：
光学工程硕士研究生课程
高等光学
第八讲
2012.11.12
§4-5 单色平面波在晶体表面上的反射和折射
一、光波在晶体表面的反射与折射 二、用惠更斯作图法确定单轴晶体中折射光线的方向 三、单轴晶体双折射举例 四、单轴晶体中o光、e光性质的解析分析
一、光波在晶体表面的反射与折射
1、反/折射光波波法线方向的确定
p
sin1
-
v ( 2)
p
sin2
0
n1sin1 n2sin2 nn'''ssiinn11'''
二、用惠更斯作图法确定单轴晶体中折射光线的方向
利用光线面确定反射光、折射光方向的几何作图法。 用以确定光线从界面折射入晶体后光线的传播方向。
e光子波光线面
光轴
te Ee
E
De
ke
ko (to )
n
k1'
普遍形式的反射和折射定律依然成立，即：
入射介质
k1
r
k1'
r
k2
r
r在晶体与入射介质的界面 内任意选取 1、'2、'2' 为光波的波矢面
2、Snell定律
由
k1
r
k1'
r
k2
r
（k1
-
k2） r
[
v ( 1)
p
k01
-
v ( 2)
p
k02 ] r
v ( 1)