物理光学与应用光学第二版课件及课后习题答案共61页
物理光学与应用光学习题解
第七章
●习题
7-1. 有一玻璃球，折射率为3，今有一光线射到球面上，入射角为60°，求反射光线和折射光线的夹角。
7-2. 水槽有水20cm深，槽底有一个点光源，水的折射率为1.33，水面上浮一不透明的纸片，使人从水面上任意角度观察不到光，则这一纸片的最小面积是多少？
7-3. 空气中的玻璃棒，n’＝1.5163，左端为一半球形，r＝-20mm。轴上有一点光源，L ＝-60mm。求U＝－2°的像点的位置。
7-4. 简化眼把人眼的成像归结为只有一个曲率半径为5.7mm，介质折射率为1.333的单球面折射，求这种简化眼的焦点的位置和光焦度。
7-5. 有一玻璃球，折射率为n＝1.5，半径为R，放在空气中。(1)物在无穷远时，经过球成像在何处？(2) 物在球前2R处时像在何处？像的大小如何？
7-6. 一个半径为100mm的玻璃球，折射率为1.53。球内有两个气泡，看来一个恰好在球心，另一个在球的表面和球心之间，求两个气泡的实际位置。
7-7. 一个玻璃球直径为60mm，折射率为1.5，一束平行光入射在玻璃球上，其会聚点应该在什么位置？
7-8. 一球面反射镜，r＝-100mm，求β＝0，－0.1，－1，5，10情况下的物距和像距。
7-9. 一球面镜对其前面200mm处的物体成一缩小一倍的虚像，求该球面镜的曲率半径。
7-10. 垂直下望池塘水底的物时，若其视见深度为1m，求实际水深，已知水的折射率为4/3。
7-11. 有一等边折射率三棱镜，其折射率为1.65，求光线经该棱镜的两个折射面折射后产生最小偏向角时的入射角和最小偏向角。
物理光学与应用光学第二版第一章
第 1 章 光在各向同性介质中的传播特性
应强调的是，任意描述真实存在的物理量的参量都应当 是实数，在这里采用复数形式只是数学上运算方便的需要。 由于对(1.1-24)式取实部即为(1.1-23)式所示的函数，所以，对 复数形式的量进行线性运算，只有取实部后才有物理意义， 才能与利用三角函数形式进行同样运算得到相同的结果。此 外， 由于对复数函数exp［-i(ωt-kz)］与exp［i(ωt-kz)］两种 形式取实部得到相同的函数，因而对于平面简谐光波，采用 exp［-i(ωt-kz)］和exp［i(ωt-kz)］两种形式完全等效。因此， 在不同的文献书籍中，根据作者的习惯不同，可以采取其中 任意一种形式。
第 1 章 光在各向同性介质中的传播特性
1) 在直角坐标系中， 拉普拉斯算符的表示式为
2 x22 y22 z22
为简单起见，假设 f 不含x、y变量，则波动方程为
2 f z2
v12
2 f t2
0
为了求解波动方程， 先将其改写为
11f 0 z vtz vt
(1.1-21)
第 1 章 光在各向同性介质中的传播特性
匀性，ε、μ和σ应是空间位置的坐标函数，即应当表示成ε(x, y, z)、μ(x, y, z)和σ(x, y, z)； 若介质的光学特性是各向异性的，则ε、
μ和σ应当是张量，因而物质方程应为如下形式：
物理光学与应用光学第二版课件第二章
THANK YOU
在阳光下观察树叶缝隙形成的亮斑 、透过丝网看灯光等。
惠更斯-菲涅尔原理
惠更斯-菲涅尔原理概述
相干叠加的结果
光波遇到障碍物时，其后任意时刻的 波前可被看作是众多子波的相干叠加 。
各子波在空间某点相遇时，发生相干 叠加，形成合振幅。
子波源的形成
光波遇到障碍物时，会在障碍物的边 缘产生子波源，每个子波源都向外发 出球面波。
波长与频率
光波的波长和频率是描述 光波的两个重要参数，它 们决定了光波的特性和行 为。
干涉现象与干涉条件
干涉现象
当两束或多束相干光波相遇时， 它们的光程差会导致光强分布发 生变化，形成干涉现象。
干涉条件
要产生干涉现象，光波必须具有 相干性，即它们的频率、振动方 向和相位差必须相同或相差恒定 。
双缝干涉
摄影镜头与投影镜头
摄影镜头原理
摄影镜头通过透镜组将景物聚焦在胶片上，从而记录下景物的影像。
投影镜头原理
投影镜头将图像源（如计算机、电视等）的图像通过透镜组放大并投 射到屏幕上。
摄影镜头与投影镜头的比较
摄影镜头更注重于图像的记录和保存，而投影镜头则更注重于图像的 展示和分享。
摄影与投影的应用
摄影在新闻、广告、电影等领域有着广泛的应用，而投影则在教育、 会议、家庭娱乐等领域有着广泛的应用。
人眼与望远镜
物理光学与应用光学第二版课件第六章PPT课件
是有条件的：只有在物质分子的吸收本领不受它周围邻近分子的影响时，比尔定
律才正确。当浓度很大， 分子间的相互作用不可忽略时， 比尔定律不成立。
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6.2.2 吸收光谱 介质的吸收系数K随光波长的变化关系曲线称为该介质的吸收光谱。 如果使一
束连续光谱的光通过有选择性吸收的介质，再通过分光仪，即可测出在某些波段上 或某些波长上的光被吸收，形成吸收光谱。
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图 6-3 钠蒸气的几个二重吸收光谱
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图 6-4 室温下YAG晶体的吸收光谱
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对一种材料吸收光谱的测量，是了解该材料特性的重要手段。例如，地球大气 对可见光、紫外光是透明的，但对红外光的某些波段有吸收，而对另外一些波段比 较透明。透明的波段称为“大气窗口”，如图 6-5 所示， 波段从1μm到15 μm有七 个“窗口”。充分地研究大气的光学性质与“窗口”的关系，有助于红外导航、跟 踪等工作的进行。又如，太阳内部发射连续光谱， 由于太阳四周大气中的不同元素 吸收不同波长的辐射，因而在连续光谱的背景上呈现出一条条黑的吸收线， 如图 66 所示。夫朗和费首先发现，并以字母标志了这些主要的吸收线，它们的波长及太 阳大气中存在的相应吸收元素， 如表 6-2 所示。
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图 6-5 大气透过率及大气窗口
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应用光学课件第三章
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
人眼的光学特性
视轴：黄斑中心与眼睛光学系统的像方节点连线 人眼视场：观察范围可达150º
头不动，能看清视轴中心6º－8º 要看清旁边物体，眼睛在眼窝内转动，头也动
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
二、人眼的调节：视度调节、瞳孔调节
1、视度调节 定义：随着物体距离改变，人眼自动改变焦距，使像 落在视网膜上的过程。
400
应用光学讲稿
2、瞳孔调节 外界物体的亮暗随物体，天气，时间而不同
• 虹膜可以自动改变瞳孔大小，以控制人眼的进光量
• 强光下，白天 D=2mm; 夜晚，D=8mm
• 设计光学仪器时，仪器的出射瞳孔要和人眼瞳孔大 小配合，白天使用的可以小些，夜晚使用的则要大 一些
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
对各类目视光学仪器的共同要求: 1、成像在无限远
正常人眼在自然状态下，无限远物体成像在视网膜上
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
2、增大视角
直接观察：
用仪器观察：
-y’眼=π ’ tg ω眼
-y’仪=π ’ tg ω仪
π’------眼睛的像方节点J’到网膜的距离
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
用仪器观察时网膜上的像高和人眼直接观察时网膜上 的像高之比表示了仪器的放大作用，称为视放大率， 用Г 表示。
物理光学与应用光学习题解第二章概要
物理光学与应⽤光学习题解第⼆章概要
第⼆章
习题
2-1. 如图所⽰，两相⼲平⾏光夹⾓为α，在垂直于⾓平分线的⽅位上放置⼀观察屏，试证明屏上的⼲涉亮条纹间的宽度为： 2 sin
2α
λ
=
l 。
2-2. 如图所⽰，两相⼲平⾯光波的传播⽅向与⼲涉场法线的夹⾓分别为0θ和R θ，试求⼲涉场上的⼲涉条纹间距。
2-3. 在杨⽒实验装置中，两⼩孔的间距为0.5mm ，光屏离⼩孔的距离为50cm 。当以折射率为1.60的透明薄⽚贴住⼩孔S2时，发现屏上的条纹移动了1cm ，试确定该薄⽚的厚度。
2-4. 在双缝实验中，缝间距为0.45mm ，观察屏离缝115cm ，现⽤读数显微镜测得10个条纹（准确地说是11个亮纹或暗纹）之间的距离为15mm ，试求所⽤波长。⽤⽩光实验时，⼲涉条纹有什么变化？
2-5. ⼀波长为0.55m µ的绿光⼊射到间距为0.2mm 的双缝上，求离双缝2m 远处的观察屏上⼲涉条纹的间距。若双缝距离增加到2mm ，条纹间距⼜是多少？
2-6. 波长为0.40m µ～0.76m µ的可见光正⼊射在⼀块厚度为1.2×10-6 m 、折射率为1.5的薄玻璃⽚上，试问从玻璃⽚反射的光中哪些波长的光最强？
2-7. 题图绘出了测量铝箔厚度D 的⼲涉装置结构。两块薄玻璃板尺⼨为75mm ×25mm 。在钠黄光（λ=
0.5893m µ）照明下，从劈尖开始数出60个条纹（准确地说是从劈尖开始数出61个明条纹或暗条纹），相应的距离是30
mm ，试求铝箔的厚度D = ？若改⽤绿光照明，从劈尖开始数出100个条纹，其间距离为46.6 mm ，试求这绿光的波长。
应用光学第二版胡玉禧课件第一章
（1-3）
第一章
几何光学基本定律与成像概念
一、光的传播现象的分类
灯泡
空气
玻璃
第一章
几何光学基本定律与成像概念
光的传播可以分类为：
1、光在同一种介质中的传播；
2、光在两种介质分界面上的传播。
第一章
几何光学基本定律与成像概念
二、几何光学基本定律 1、光线在同一种均匀透明介质中时：直线传播
第一章
§1-1 一、光波
几何光学基本定律与成像概念
光波和光线
1、光波——电磁波，波长范围：10～106nm ； 2、可见光（400-760nm)；红外光（760nm1mm) ；紫外光（400-10nm) ；真空光波 (c=300000km/s)；介质中v<c； 3、单色光——只有一种波长的光； 复色光——不同单色光混合而成的光；
成分均匀 透光
2、光线在两种均匀介质分界面上传播时: 反射定律，折射定律
第一章
AO: 入射光线 OB: 反射光线 OC: 折射光线
几何光学基本定律与成像概念
A N B
I1
R1
NN: 过投射点所做的分界面法线 I1: 入射光线和分界面法线的夹角 ，入射角 R1: 反射光线和分界面法线的夹角 ， 反射角 I2: 折射光线和分界面法线的夹角 ，折射角
第一章
几何光学基本定律与成像概念
物理光学与应用光学
第一章
习题
1-1. 一个线偏振光在玻璃中传播时，表示为：i E ))65.0(
10cos(10152t c z
-⨯⨯=π，试求
该光的频率、波长，玻璃的折射率。
1-2. 已知单色平面光波的频率为z H 10
14
=ν，在z = 0 平面上相位线性增加的情况如图所示。求f x ， f y ， f z 。
1-3. 试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态： (1)
)
sin(0kz t E E x -=ω，
)
cos(0kz t E E y -=ω;
(2)
)
cos(0kz t E E x -=ω，
)
4cos(0πω+-=kz t E E y ;
(3)
)
sin(0kz t E E x -=ω，
)
sin(0kz t E E y --=ω。
1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与x 轴的夹角为α，椭圆的长、短轴各为2a 1、2a 2，
E x 、E y 的相位差为ϕ。求证：
ϕ
αcos 22tan 2
2
000y x y x E E E E -=
。
1-5.已知冕牌玻璃对0.3988μm 波长光的折射率为n = 1.52546，
11m 1026.1/--⨯-=μλd dn ，求光在该玻璃中的相速和群速。
1-6. 试计算下面两种色散规律的群速度（表示式中的v 表示是相速度）：
(1)电离层中的电磁波，2
22λb c v +=，其中c 是真空中的光速，λ是介质中的电磁
波波长，b 是常数。
(2)充满色散介质（)(ωεε=，)(ωμμ=）的直波导管中的电磁波，2
22/a c c v p -=εμωω，其中c 真空中的光速，a 是与波导管截面有关的常数。
《物理光用与应用光学》第二版习题解答
tan 2a = x0 y0 cos j E2 - E2
x0
y0
1-7. 已知冕牌玻璃对 0.3988μm 波长光的折射率为 n＝1.52546， dn / dl = -0.126 μm－1，
求光在该玻璃中的相速和群速。
解：相速度： v = c = 3´108 = 1.96662 ´108 m/s n 1.52546
R2
=
ççæ è
n2 n2
2
-1ö
+
1
÷÷ ø
=
çæ 1 ç 1.52 ç1 ç
2
-1 ÷ö
÷
+
1
÷ ÷
=
0.043
è 1.52 ø
R3
=
ççèæ
n3 n3
2
+
1 1
÷÷øö
=
æ1.68 -1ö2
ç
÷
è1.68 + 1ø
=
0.064
R4
=
ççæ è
n4 n4
2
+
1 1
÷÷ö ø
=
çæ 1 ç 1.68 ç1 çè 1.68
（假设光束通过各反射面时接近正入射）
解：系统包括 4 个反射面，由于假设光束通过各反射面时接近正入射，则未 1.52
1.68
胶合时，各面的反射率为：
物理光学与应用光学习题和答案
A、放大的字C、手影D、倒影
3．下列四个物理现象中，有一个形成的原因与另外三个不同，这个现象是（）
对镜梳妆时能看到镜中的“自己”
7，模型中的凸透镜相当于晶
则
2cm，则在光
）
)．
）。
。
。
5km，月球在池中的像到水面的距离是
图3 图7
图1
图6
图8
b ），则透过透镜可以看到一
），这种外墙既能透射光线⑴、外面看玻璃幕墙相当于平面镜，光线照射到光滑的玻璃幕墙上时会发生 反射，物体图13
图14 图10 图16
第四章答案参考答案
一、选择题：
1、D
2、A
3、A
4、D
5、D
6、A
7、D
8、B
9、B 10、C 11、C 12、C
二、13、日食；14、光速远大于声速；15、零；16、反射；折射；
17、3.8×105km；虚；18、800；19、红外线；紫外线；
20、焦点；21、2；1.6；22、光的直线传播；光的反射；光的折射；
三、23—26、（略）；27、光屏；倒；右；28、（1）略；（2）浅一些；
29、3；正立放大的虚；
一、30、①会刺伤眼睛；②不易看清周围的物体；③在眼前的物体也有可能看不到；
31、⑴镜面；虚；⑵各块玻璃可能不在同一平面上；⑶会反射强光造成光污染；
物理光学及应用光学习题及选解
《物理光学与应用光学》习题及选解
第一章
习题
1-1. 一个线偏振光在玻璃中传播时，表示为：i E ))65.0(10cos(10152t c
z
-⨯⨯=π，试求该光的频率、波长，玻璃的折射率。
1-2. 已知单色平面光波的频率为z H 10
14
=ν，在
z = 0 平面上相位线性增加的情况如图所示。求f x ， f y ， f z 。
1-3. 试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态： (1))sin(0kz t E E x -=ω，)cos(0kz t E E y -=ω; (2) )cos(0kz t E E x -=ω，
)4cos(0πω+-=kz t E E y ;
(3) )sin(0kz t E E x -=ω，)sin(0kz t E E y --=ω。 1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与x 轴的夹角
为α，椭圆的长、短轴各为2a 1、2a 2，E x 、E y 的相位差为ϕ。求证：ϕαcos 22tan 220
000y x y x E E E E -=
。
1-5.已知冕牌玻璃对0.3988μm 波长光的折射率为n = 1.52546，11m 1026.1/--⨯-=μλd dn ，求光在该玻璃中的相速和群速。
1-6. 试计算下面两种色散规律的群速度（表示式中的v 表示是相速度）：
(1)电离层中的电磁波，222λb c v +=，其中c 是真空中的光速，λ是介质中的电磁波波长，b 是常数。
(2)充满色散介质（)(ωεε=，)(ωμμ=）的直波导管中的电磁波，222/a c c v p -=εμωω，其中c 真空中的光速，a 是与波导管截面有关的常数。
应用光学第二版胡玉禧课件第一章
第一章
几何光学基本定律与成像概念
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（光学系统）
第一章
几何光学基本定律与成像概念
何谓几何光学？ 电磁波谱表——
x射线 γ射线 紫外 红外 微波 无线电波 长波
宇宙 射线
10-15 10-13 10-11 10-9 10-7 10-5 10-3 10-1 紫 靛 蓝 绿 黄 橙 红
1
102
104
106
波长m
波长 nm
第一章
几何光学基本定律与成像概念
图a
图c 图b 图d
第一章
几何光学基本定律与成像概念
像散光束：不严格交于一点，波面为非球面
第一章
几何光学基本定律与成像概念
平行光束
波面为平面
第一章
几何光学基本定律与成像概念
§1-2 光线的传播规律——几何光学的基本定律
1、光的直线传播定律 2、光的独立传播定律 3、光的反射定律 I″= I （1-1） 4、光的折射定律 n′sinI′= nsinI （1-2） 绝对折射率（表征透明介质光学性质的重要参数）
物理光学与应用光学习题和解答
《物理光学与应用光学》习题及选解
第一章
习题
1-1. 一个线偏振光在玻璃中传播时，表示为：i E ))65.0(10cos(10152t c
z
-⨯⨯=π，试求该光的频率、波长，玻璃的折射率。
1-2. 已知单色平面光波的频率为z H 10
14
=ν，在
z = 0 平面上相位线性增加的情况如图所示。求f x ， f y ， f z 。
1-3. 试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态： (1))sin(0kz t E E x -=ω，)cos(0kz t E E y -=ω; (2) )cos(0kz t E E x -=ω，
)4cos(0πω+-=kz t E E y ;
(3) )sin(0kz t E E x -=ω，)sin(0kz t E E y --=ω。 1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与x 轴的夹角为α，椭圆的长、短轴各为2a 1、2a 2，E x 、E y 的相位差为ϕ。求证：ϕαcos 22tan 2
20
000y x y x E E E E -=
。
1-5.已知冕牌玻璃对0.3988μm 波长光的折射率为n = 1.52546，11m 1026.1/--⨯-=μλd dn ，求光在该玻璃中的相速和群速。
1-6. 试计算下面两种色散规律的群速度（表示式中的v 表示是相速度）：
(1)电离层中的电磁波，222λb c v +=，其中c 是真空中的光速，λ是介质中的电磁波波长，b 是常数。
(2)充满色散介质（)(ωεε=，)(ωμμ=）的直波导管中的电磁波，222/a c c v p -=εμωω，其中c 真空中的光速，a 是与波导管截面有关的常数。
物理光学与应用光学第二版课件及课后习题答案
很强时，光与介质的相互作用过程会表现出非 线性光学特性。
麦克斯韦（J.C.Maxwell)简介 (1831--1879)
一、生平
在法拉第发现电磁感应定律那一年，即1831年，麦 克斯韦在英国的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。父亲 是个机械设计师，很赏识自己儿子的才华，常带他去听 爱丁堡皇家学会的科学讲座。十岁时送他到爱丁堡中学。 在中学阶段，他就显示出了在数学和物理方面的才能， 十五岁那年就写了一篇关于卵形线作图法的论文，被刊 登在《爱丁堡皇家学会学报》上。1847年，十六岁的麦 克斯韦考入爱丁堡大学。 1850年又转入剑桥大学。
软x射线
真空紫 外线
中红 外光
远红外光
390
紫
455
靛
492
蓝 绿
577 597 622
黄 橙 红
770
(nm)
线性坐标系
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。
(1)红外线
远红外：1mm-20um
中红外：20um-1.5um
近红外：1.5um-0.76um (2)可见光 红色：760nm-650nm 橙色：650nm-590nm
2.麦克斯韦电磁方程
互相作用和交变的电场和磁场的总体称为电磁场, 交变电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播即 形成电磁波．
积分形式的麦克斯韦方程组
物理光学与应用光学石顺祥课后答案
《物理光学与应用光学》习题及选解
第一章
习题
1-1.
一个线偏振光在玻璃中传播时，表示为：，试求该光的i E ))65.0(
10cos(10152t c
z
-⨯⨯=π频率、波长，玻璃的折射率。
1-2. 已知单色平面光波的频率为，在
z H 1014=νz = 0 平面上相位线性增加的情况如图所示。求f x ，
f y ， f z 。
1-3. 试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态：
(1)，;
)sin(0kz t E E x -=ω)cos(0kz t E E y -=ω(2) ，
)cos(0kz t E E x -=ω;
)4cos(0πω+-=kz t E E y (3) ，。
)sin(0kz t E E x -=ω)sin(0kz t E E y --=ω1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与x 轴的夹
角为，椭圆的长、短轴各为2a 1、2a 2，E x 、E y 的相位差为。求证：。
αϕϕαcos 22tan 2
2
00
0y x y x E E E E -=
1-5.已知冕牌玻璃对0.3988μm 波长光的折射率为n = 1.52546，，
11m 1026.1/--⨯-=μλd dn 求光在该玻璃中的相速和群速。
1-6. 试计算下面两种色散规律的群速度（表示式中的v 表示是相速度）：
(1)电离层中的电磁波，，其中c 是真空中的光速，是介质中的电磁波波长，
222λb c v +=λb 是常数。
(2)充满色散介质（，）的直波导管中的电磁波，
)(ωεε=)(ωμμ=，其中c 真空中的光速，a 是与波导管截面有关的常数。
物理光学与应用光学石顺祥课后答案
《物理光学与应用光学》习题及选解
第一章
习题
1-1.
一个线偏振光在玻璃中传播时，表示为：，试求该光的i E ))65.0(
10cos(10152t c
z
-⨯⨯=π频率、波长，玻璃的折射率。
1-2. 已知单色平面光波的频率为，在
z H 1014=νz = 0 平面上相位线性增加的情况如图所示。求f x ，
f y ， f z 。
1-3. 试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态：
(1)，;
)sin(0kz t E E x -=ω)cos(0kz t E E y -=ω(2) ，
)cos(0kz t E E x -=ω;
)4cos(0πω+-=kz t E E y (3) ，。
)sin(0kz t E E x -=ω)sin(0kz t E E y --=ω1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与x 轴的夹
角为，椭圆的长、短轴各为2a 1、2a 2，E x 、E y 的相位差为。求证：。
αϕϕαcos 22tan 2
2
00
0y x y x E E E E -=
1-5.已知冕牌玻璃对0.3988μm 波长光的折射率为n = 1.52546，，
11m 1026.1/--⨯-=μλd dn 求光在该玻璃中的相速和群速。
1-6. 试计算下面两种色散规律的群速度（表示式中的v 表示是相速度）：
(1)电离层中的电磁波，，其中c 是真空中的光速，是介质中的电磁波波长，
222λb c v +=λb 是常数。
(2)充满色散介质（，）的直波导管中的电磁波，
)(ωεε=)(ωμμ=，其中c 真空中的光速，a 是与波导管截面有关的常数。