第十四章 波动光学 小结
大学物理波动光学小结(z)
5、波晶片
当光线垂直入射到光轴与表面平行的双
折射晶体时，o光与e光在传播方向上不
分开，但在相位上分开。若光线穿过晶
体的厚度为d，则o光和 e光的相位差为
o e
2
( n0 ne )d
四 自然光 分 之 圆偏振光 一 线偏振光 波 片 部分 部 分 偏 振 四 偏振光 分 光 之 椭圆偏振光 一 线偏振光 波 片
ab 3 a
[ B ]
6.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入 射其上时没有光线透过。当其中一偏振片慢 慢转动180 时透射光强度发生的变化为: （A）光强单调增加； （B）光强先增加，后有减小至零； （C）光强先增加，后减小，再增加； （D）光强先增加，然后减小，再增加再 减小至零。
P1
[ B ]
(2)屏幕上条纹间距 中央明条纹的角宽度 中央明条纹的线宽度 相邻条纹中心间距
( k 1,2,) 暗纹 ( k 1,2,) 明纹 中央明纹
2 2 a x 2 f a x k 1 x k f a
4、 单缝衍射的光强分布(矢量叠加）
sin I Io
[ B ]
8.一束自然光自空气射向 一块平板玻璃(如图)，设入 射角等于布儒斯特角i0，则 在界面 1、2 的反射光
i0
1 2
（A）光强为零； （B）是完全偏振光且光矢量的振动方向 垂直于入射面； （C）是完全偏振光且光矢量的振动方向 平行于入射面； [ B ] （D）是部分偏振光。
9.一束光是自然光和线偏振光的混合光， 让它们垂直通过一偏振片，若以此入射光 束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大 值是最小值的 5 倍，那么入射光束中自然 光与线偏振光的光强比值为： I1为I自 (A) 1/2 ; (B) 1/5; I 2为I 线 (C) 1/3; (D) 2/3.
大学物理波动光学总结资料
大学物理波动光学总结资料波动光学是指研究光的波动性质及与物质相互作用的学科。
在大学物理中，波动光学通常包括光的干涉、衍射、偏振、散射、吸收等内容。
以下是波动光学的一些基本概念和应用。
一、光的波动性质1.光的电磁波理论。
光是由电磁场传输的波动，在时空上呈现出周期性的变化。
光波在真空中传播速度等于光速而在介质中会有所改变。
根据电场和磁场的变化，光波可以分为不同的偏振状态。
2.光的波长和频率。
光波的波长和频率与它的能量密切相关。
波长越长，频率越低，能量越低；反之亦然。
3.光的能量和强度。
光的能量和强度与波长、频率、振幅有关。
能量密度是指单位体积内的能量，光的强度则是表征单位面积内能量流的强度。
二、光的干涉1.干涉的定义。
干涉是指两个或多个光波向同一方向传播时，相遇后相互作用所产生的现象。
2.杨氏双缝干涉实验。
当一束单色光垂直地照到两个很窄的平行缝口上时，在屏幕上会出现一系列互相平衡、互相补偿的亮和暗的条纹，这种现象就叫做杨氏双缝干涉。
3.干涉条纹的间距。
干涉条纹的间距与光波的波长、发生干涉的光程差等因素有关。
4.布拉格衍射。
布拉格衍射是一种基于干涉理论的衍射现象，用于分析材料的晶体结构。
三、光的衍射1.衍射的定义。
衍射是指光波遇到障碍物时出现波动现象，其表现形式是波动向四周传播并在背面出现干涉现象。
2.夫琅和费衍射。
夫琅和费衍射是指光波通过一个很窄的入口向一个屏幕上的孔洞传播时，从屏幕背面所观察到的特征。
孔洞的大小和形状会影响到衍射现象的质量。
3.斯特拉斯衍射。
斯特拉斯衍射是指透过一个透镜后，将光线聚焦到一个小孔上，然后在背面观察到的光的分布情况。
4.阿贝原则与分束学。
阿贝原则是指光学成像的基本原理，根据这个原理，任意一个物体都可以被看作一个点光源阵列。
分束学是将任意一个物体看作一个点光源阵列，在分别聚焦到像平面后重新合成图像。
四、光的偏振1.偏振的定义。
偏振是指光波的电场振动在一个平面内进行的波动现象。
波动光学的知识点总结
波动光学的知识点总结波动光学的研究内容主要包括以下几个方面：1. 光的波动性质光是一种电磁波，它具有波长和频率，具有幅度和相位的概念。
光的波长和频率决定了光的颜色和能量，波长短的光具有较高的能量，频率高的光具有较大的能量。
光的波动性质使得光能够在空间中传播，并且能够在介质中发生折射、反射等现象。
2. 光的干涉干涉是光波相遇时互相干涉的现象。
干涉是波动光学中一种重要的现象，它包括两种类型：相干干涉和非相干干涉。
相干干涉是指来自同一光源的两条光线之间的干涉，而非相干干涉是指来自不同光源的两条光线之间的干涉。
在干涉实验中，通常会通过双缝干涉、薄膜干涉等实验来观察干涉现象。
3. 光的衍射衍射是光波通过狭缝或者物体边缘时发生偏离直线传播的现象。
光的衍射是波动光学中的重要现象，它可以解释光通过小孔成像、光的散斑等现象。
在衍射实验中，通过单缝衍射、双缝衍射、菲涅尔衍射等实验可以观察衍射现象。
4. 光的偏振偏振是光波中振动方向的特性，偏振光是指光波中只沿特定振动方向传播的光波。
光的偏振是光波的重要特征之一，它可以通过偏振片、偏振器等光学元件来实现。
在偏振实验中，可以通过偏振片的转动、双折射现象等来观察偏振现象。
5. 光的成像成像是光学系统中的一个重要问题，它涉及到光的传播规律和光的反射、折射等现象。
通过成像实验，可以研究光的成像规律、成像质量和成像系统的性能等问题。
光的成像是波动光学中的一个重要研究方向，它主要包括光的成像原理、成像系统的构造和成像参数的计算等内容。
综上所述，波动光学是物理学中一个重要的分支，它研究光的波动性质和光的传播规律。
波动光学的研究内容包括光的波动性质、光的干涉、衍射、偏振和光的成像等内容。
通过波动光学的研究，可以深入了解光的波动性质和光的传播规律，为光学系统的设计与应用提供理论基础。
大学物理波动光学总结
大学物理学波动光学的学习总结（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院131715班北京 100191）摘要：文章就大学物理学中的波动光学中的核心部分包括干涉，衍射，偏振部分的知识做了梳理，并就对推动波动光学理论建立的光学实验做了总结性的介绍和研究。
关键词：波动光学干涉衍射偏振实验19世纪初，人们发现光有干涉、衍射、和偏振等现象。
例如，在日常生活中常可看到在太阳光的照耀下，肥皂泡或水面的油膜上会呈现出色彩绚丽的彩色条纹图样；又如，让点光源发出的光通过一个直径可调的圆孔，在孔后适当位置放置一屏幕，逐渐缩小孔径，屏幕上上会出现中心亮斑，周围为明暗相间的圆环形图案等等。
这些现象表明光具有波动性，用几何光学理论是无法解释的。
由此产生了以光是波动为基础的光学理论，这就是波动光学。
19世纪60年代，麦克斯韦建立了光的电磁理论，光的干涉，衍射和偏振现象得到了全面说明。
本文将从光的干涉衍射和偏振来讨论光的波动性以及波动光学中的经典实验。
一、光的干涉1.光波定义光波是某一波段的电磁波，是电磁量E和H的空间的传播.2.光的干涉定义满足一定条件的两束(或多束)光波相遇时，在光波重叠区域内，某些点合光强大于分光强之和，在另一些点合光强小于分光强之和，因而合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布，称为光的干涉现象，光波的这种叠加称为相干叠加，合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布称为干涉条纹，其中强度极大值的分布称为明条纹，强度极小值的分布称为暗条纹.3.相干条件表述两束光波发生相干的条件是:频率相同，振动方向几乎相同，在相遇点处有恒定的相位差.4.光程差与相位差定义两列光波传播到相遇处的光程之差称为光程差;两列光波传播到相遇处的相位之差称为相位差.5.双光束干涉强度公式表述在满足三个相干条件时，两相干光叠加干涉场中各点的光强为式子中，相位差保持恒定，若021I I I ==则6.杨氏双缝千涉实验实验装置与现象如图1所示，狭缝光源S 位于对称轴线上，照明相距为a 的两个狭缝1S 和2S ，在距针孔为D 的垂轴平面上观察干涉图样，装置放置在空气(n=1)中，结构满足θθtan sin ,,≈≥≤x D D d .在近轴区内，屏幕上的是平行、等间距的明暗相间的直条纹，屏幕上P 点的光程差δ为相应明暗纹条件是\干涉条纹的位置是式中，整数k 称为干涉级数，用以区别不同的条纹.7.薄膜干涉实验装置如图2所示，扩展单色光源照射到薄膜上反射光干涉的情况，光源发出的任一单条光线经薄膜上下两个面反射后，形成两条光线①、②，在实验室中可用透镜将它们会聚在焦平面处的屏上进行观察，在膜的上下两个表面反射的两束光线①和②的光程差为二、光的衍射1.光的衍射现象定义一束平行光通过一狭缝K，在其后的屏幕上将呈现光斑，若狭缝的宽度比波度大得多时，屏幕E上的光斑和狭缝完全一致，如图3 Ca)所示，这时可成光沿直线传播的;若缝宽与光波波长可以相比拟时，在屏幕E上的光斑亮度虽然降低，但光斑范围反而增大，如图3 Cb)所示的明暗相间的条纹，这就是光的衍射现象，称偏离原来方向传播的光为衍射光.2.惠更斯一菲涅耳原理表述任何时刻波面上的每一点都可以作为子波的波源，从同一波面上各点发出的子波在空间相遇时，可以相互叠加产生干涉.3.菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射定义光源到障碍物，或障碍物到屏的距离为有限远，这类衍射称为菲涅尔衍射:光源到障碍物，以及障碍物到屏的距离都是无限远，这时入射光和衍射光均可视为平行光，这类衍射称为夫琅禾费衍射.三、光的偏振1.光的偏振性定义光波是电磁波，其电矢量称为光矢量，在垂直于传播方向的平面内，光矢量E可能具有的振动状态(矢量端点的轨迹)，称为光的偏振态.光矢量的振动方向与光传播方向所组成的平面称为振动面.2.偏振光定义振动方向具有一定规则的光波，称为偏振光。
波动和光学总结知识点
波动和光学总结知识点一、波动1. 波动的基本概念波动是一种物理现象，指的是由能量传递而产生的振动。
波动可以是机械波，即需要介质来传播的波动，也可以是电磁波，即不需要介质来传播的波动。
波动有许多重要特性，包括频率、周期、波长、速度等，这些特性决定了波动的行为和传播方式。
2. 波动的类型根据波动的传播方式和性质，可以将波动分为不同类型。
常见的波动类型包括机械波、电磁波、声波等。
这些波动的特性和表现形式各有不同，但都遵循波动的基本原理和规律。
3. 波动的原理波动的传播和行为是由一些基本原理和规律所决定的。
波动的原理包括赫兹波动原理、波阵面原理、叠加原理、干涉和衍射等。
这些原理揭示了波动的传播方式和特性，对于理解和应用波动具有重要意义。
4. 波动的应用波动在许多领域都有重要应用，包括声学、光学、通信、地震学等。
波动的传播和控制是许多技术和设备的基础，例如声波传感器、激光器、雷达等。
波动的应用不仅促进了技术的发展，也为人类生活带来了诸多便利和进步。
二、光学1. 光学的基本概念光学是研究光的传播和行为的科学，它涉及到光的产生、传播、干涉、衍射、折射、反射等现象。
光学是物理学中的重要分支，对于理解光的性质和应用具有重要意义。
光学的研究范围包括几何光学、物理光学、光学仪器等领域。
2. 光的性质光是一种电磁波，具有波动和粒子双重性质。
光的波动性质表现在它的频率、波长、速度等方面，而光的粒子性质表现在它可以被看作光子，具有能量和动量。
3. 光的传播光是以电磁波的形式传播的，可以在真空中和介质中传播。
在不同介质中，光的传播速度和方向会发生改变，这是由光的折射和反射现象所决定的。
4. 光的干涉和衍射光的干涉和衍射是光学中重要的现象，它们表现了光的波动性质。
干涉是指两个或多个光波相遇时产生的明暗条纹的现象，衍射是指光通过狭缝或物体边缘时发生的波动现象。
这些现象为光学仪器的设计和应用提供了重要依据。
5. 光的应用光学在许多领域都有重要的应用，包括激光技术、光学仪器、光通信等。
大学物理波动光学知识点总结.doc
大学物理波动光学知识点总结.doc波动光学是物理学中的重要分支，涉及到光的反射、折射、干涉、衍射等现象。
作为大学物理中的一门必修课程，波动光学是大学物理知识体系重要的组成部分。
以下是相关的知识点总结：1. 光的波动性光可以被看作是一种电磁波。
根据电磁波的性质，光具有波动性，即能够表现出干涉、衍射等现象。
光的波长决定了其在物质中能否传播和被发现。
2. 光的反射光在与物体接触时会发生反射。
根据反射定律，发射角等于入射角。
反射给人们带来很多视觉上的感受和体验，如反光镜、镜子等。
当光从一种介质向另一种介质传播时，光的速度和方向都会发生改变，这个现象称为折射。
光在空气、玻璃、水等介质中的折射现象被广泛应用到光学、通信等领域中。
4. 光的干涉当两束光相遇时，它们会相互干涉，产生干涉条纹。
这是因为两束光的干涉条件不同，它们之间产生了相位差，导致干涉现象。
干涉可以分为光程干涉和振幅干涉。
光经过狭缝或小孔时，其波动性会导致光将会分散成多个波阵面。
这种现象称为衍射。
衍射可以改变光的方向和能量分布，被广泛应用于成像和光谱分析等领域。
6. 偏振偏振是光波沿着一个方向振动的现象，产生偏振的方式可以通过折射、反射、散射等途径实现。
光的偏振性质在光学通信、材料研究等领域有着广泛的应用。
总结波动光学是大学物理学知识体系不可或缺的一部分，它涉及到光的波动性、光的反射、折射、干涉、衍射等现象。
对于工程、光学、材料等领域的学生和研究者来说，深入了解波动光学的基本原理和理论，都有助于提高知识和技术水平。
大学物理(波动光学知识点总结)
大学物理(波动光学知识点总结)contents•波动光学基本概念与原理•干涉理论与应用目录•衍射理论与应用•偏振光理论与应用•现代光学技术发展动态简介波动光学基本概念与原理01光波是一种电磁波，具有横波性质，其振动方向与传播方向垂直。
描述光波的物理量包括振幅、频率、波长、波速等，其中波长和频率决定了光的颜色。
光波的传播遵循波动方程，可以通过解波动方程得到光波在不同介质中的传播规律。
光波性质及描述方法干涉现象是指两列或多列光波在空间某些区域相遇时，相互叠加产生加强或减弱的现象。
产生干涉的条件包括：两列光波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
常见的干涉现象有双缝干涉、薄膜干涉等，可以通过干涉条纹的形状和间距等信息来推断光源和介质的性质。
干涉现象及其条件衍射现象及其分类衍射现象是指光波在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播的现象。
衍射现象可以分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射两种类型，其中菲涅尔衍射适用于障碍物尺寸与波长相当或更小的情况，而夫琅禾费衍射适用于障碍物尺寸远大于波长的情况。
常见的衍射现象有单缝衍射、圆孔衍射等，可以通过衍射图案的形状和强度分布等信息来研究光波的传播规律和介质的性质。
偏振现象与双折射偏振现象是指光波在传播过程中，振动方向受到限制的现象。
根据振动方向的不同，光波可以分为横波和纵波两种类型，其中只有横波才能发生偏振现象。
双折射现象是指某些晶体在特定方向上对光波产生不同的折射率，使得入射光波被分解成两束振动方向相互垂直的偏振光的现象。
这种现象在光学器件如偏振片、偏振棱镜等中有重要应用。
通过研究偏振现象和双折射现象，可以深入了解光与物质相互作用的基本规律，以及开发新型光学器件和技术的可能性。
干涉理论与应用02杨氏双缝干涉实验原理及结果分析实验原理杨氏双缝干涉实验是基于光的波动性，通过双缝产生的相干光波在空间叠加形成明暗相间的干涉条纹。
结果分析实验结果表明，光波通过双缝后会在屏幕上产生明暗相间的干涉条纹，条纹间距与光波长、双缝间距及屏幕到双缝的距离有关。
大学物理-第十四章-波动光学
x d ;
x d :
缝间距越小, 屏越远, 干涉越显著 在D、d 不变时， 条纹疏密与λ正比
(iii)白光干涉条纹的特点: (iv) 中央为白色明纹，其它级次出现彩色条纹（ x
)。 (v) 叠k。=每-1级条纹有一k定=0的宽度，相k=邻1 两级条纹k=可2 能会k发=3生重
对相干光源来说, 能量只不过是在屏幕上的重新分布。因为
均可，
符号不同，k 取值不同，对问题实质无影响.
30
§14-3 薄膜干涉
所谓薄膜干涉, 指扩展光源投射到透明薄膜上, 其反射光或 透射光的干涉。
薄膜干涉的实例: 阳光下肥皂泡的彩纹，马路上油膜的彩纹。
一、薄膜干涉
１、分振幅（能量）方法
获得相干光。
S1为扩展光源上任一点光源, 其 投射到介面上的Ａ点的光线, 一部 分反射回原介质即光线a1, 另一部 分折入另一介质, 其中一部分又在 Ｃ点反射到Ｂ点然后又折回原介 质, 即光线a2。因a1,a2是从同一光 线S1Ａ分出的两束, 故满足相干条 件。
干涉过程既不能创造能量, 也不能消灭能量。
18
习题14-9: 在双缝干涉实验中，用波长λ＝546.1 nm 的单 色光照射，双缝与屏的距离d′＝300mm．测得中央明纹 两侧的两个第五级明条纹的间距为12.2 mm，求双缝间 的距离．
分析 双缝干涉在屏上形成的条纹是上下对称且等间 隔的. 如果设两明纹间隔为Δx，则
觉和底片感光上起主要作用 .
•光振动指的是电场强度随时间周期性地变化。
E
E0
cos [(2 t
2
r
)
0 ]
•光的强度(即平均能流密度) I∝E02
8
三、光的相干性
波动光学基本概念总结
波动光学基本概念总结波动光学是光学的一个重要分支，它研究的是光的波动性。
在这一领域，有许多基本概念需要我们深入理解和掌握。
首先，我们来谈谈光的干涉。
光的干涉是指两列或多列光波在空间相遇时，在某些区域始终加强，在另一些区域始终减弱，形成稳定的强弱分布的现象。
这就好像两队士兵步伐整齐地前进，当他们的步伐完全一致时，在某些地方会显得特别强大，而在另一些地方则相对较弱。
产生干涉的条件有三个：两束光的频率相同、振动方向相同以及相位差恒定。
杨氏双缝干涉实验是光干涉现象的经典例证。
在这个实验中，通过两条狭缝的光在屏幕上形成了明暗相间的条纹。
这些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。
通过对干涉条纹的观察和测量，我们可以深入了解光的波动性，并能精确计算光的波长等重要参数。
接下来是光的衍射。
光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播而进入几何阴影区，并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象。
就像水流绕过石头继续流淌一样，光也会绕过障碍物继续传播。
夫琅禾费衍射是一种常见的衍射现象，比如单缝衍射。
当一束平行光通过一个宽度有限的单缝时，在屏幕上会形成中央亮纹宽而明亮，两侧对称分布着一系列强度逐渐减弱的暗纹和亮纹。
衍射现象不仅让我们看到了光的波动性，也在很多光学仪器的设计和应用中起着关键作用。
再说说光的偏振。
光的偏振是指光的振动方向对于传播方向的不对称性。
我们可以把光想象成一根绳子上的波动，正常情况下，这根绳子可以在各个方向上振动，而偏振光就像是这根绳子只能在特定的方向上振动。
偏振光分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
线偏振光的振动方向始终在一个固定的直线方向上，而圆偏振光和椭圆偏振光的振动方向则是不断变化的。
偏振片是一种常用的获取和检测偏振光的器件。
在实际应用中，偏振光有着广泛的用途。
例如，在立体电影中，通过给观众佩戴不同偏振方向的眼镜，让两只眼睛分别看到不同的画面，从而产生立体感。
还有光的波长和频率。
大学物理波动光学总结
大学物理波动光学总结引言波动光学是大学物理中的一门重要课程，研究光的传播和干涉衍射现象。
本文将对大学物理中的波动光学进行总结和归纳，内容包括光的波动性质、干涉现象、衍射现象等。
光的波动性质光既具有粒子性质又具有波动性质，可以通过以下实验证明：- 杨氏双缝实验：将一个点光源照射到一个有两条细缝的屏幕上，观察到在屏幕背后的墙上出现一系列亮暗相间的干涉条纹。
实验证明光的干涉现象，说明光具有波动性质。
- 光的衍射现象：光通过某个孔洞或物体边缘时，会沿着扩散波的方式传播，形成衍射图样。
光的衍射现象同样证明了光的波动性质。
干涉现象干涉是两个或多个波相遇时产生的现象，具有以下特点： 1. 干涉是波动性质的直接表现，只有至少两束波才能产生干涉现象。
2. 干涉分为相干干涉和非相干干涉。
相干干涉是指波源的频率和相位相同或相近，非相干干涉指波源的频率和相位差异较大。
3. 干涉现象包括等厚干涉、薄膜干涉、牛顿环等。
等厚干涉等厚干涉是在等厚体（如平行板）两个表面之间形成的干涉现象，具有以下特点： - 干涉条纹的间距是由波长、介质折射率差和等厚体厚度决定的。
- 等厚干涉的应用包括测量薄膜厚度、判断材料性质等。
薄膜干涉薄膜干涉是在薄膜表面和基底表面之间形成的干涉现象，具有以下特点： - 薄膜干涉的颜色随着入射光的颜色和薄膜厚度的改变而改变。
- 薄膜干涉的应用包括光学镀膜、光学仪器等领域。
牛顿环牛顿环是一种由大气中的薄膜产生的干涉现象，具有以下特点： - 牛顿环是由于光的不同波长在大气中的衍射和干涉引起的。
- 牛顿环的中心位置与基座材料的折射率有关，可用于测量折射率。
衍射现象衍射是波传播过程中遇到障碍物或传播介质发生扰动时发生的现象，具有以下特点： 1. 衍射现象是波动性质的直接表现，与波的传播方式密切相关。
2. 衍射现象包括单缝衍射、双缝衍射、衍射光栅等。
单缝衍射单缝衍射是在缝隙较小的板上通过光时产生的衍射现象，具有以下特点： - 单缝衍射的衍射图样主要包括中央最亮的主极大和两侧的次级最暗区。
2024版大学物理波动光学总结
光波性质及描述方法光波是一种电磁波，具有波动性质，可以用振幅、频率、波长等物理量来描述。
光波在真空中的传播速度最快，且在不同介质中传播速度不同，服从折射定律。
光波具有横波性质，其振动方向与传播方向垂直。
干涉现象与条件010203衍射现象及规律123偏振光可以通过偏振片或反射、折射等方式产生。
偏振现象在光学仪器、光通信、生物医学等领域有广泛应用，如偏振显微镜、偏振光干涉仪等。
偏振现象是指光波中只包含特定振动方向的光波分量。
偏振现象及应用实验操作步骤准备相干光源、双缝装置、屏幕等实验器材；调整光源和双缝装置，使光源发出的光通过双缝照射到屏幕上；观察并记录屏幕上的干涉条纹。
双缝干涉实验原理通过双缝的相干光源产生干涉现象，观察屏幕上明暗相间的干涉条纹，研究光的波动性。
数据分析方法测量干涉条纹间距，计算光源的波长；根据干涉条纹的形状和分布，分析光源的相干性和双缝间距对干涉条纹的影响。
双缝干涉实验原理及操作薄膜干涉实验方法薄膜干涉原理实验操作步骤数据分析方法牛顿环测量光学表面反射相移牛顿环原理实验操作步骤数据分析方法长度测量表面形貌检测折射率测量光学器件性能测试干涉在精密测量中应用单缝衍射实验原理及操作原理：当单色光通过宽度与波长可比拟的单缝时，在屏上形成明暗相间的衍射条纹。
准备实验器材：激光器、单缝装置、分析实验数据，计算波长等参数。
调整激光器，使光束正对单缝装置，并调整单缝宽度。
圆孔衍射特点分析晶格衍射是X射线在晶体中发生的衍射现象，可用于研究晶体结构。
通过测量晶格衍射角度和强度，可以确定晶体中原子排列方式和晶格常数等参数。
晶格衍射技术在材料科学、化学、地质学等领域具有广泛应用。
晶格衍射在晶体结构研究中的应用衍射在光谱分析中的应用衍射可将复合光分解为不同波长的单色光，是光谱分析的基本原理之一。
通过测量不同波长光的衍射角度和强度，可以确定物质的成分和含量等信息。
光谱分析技术在化学、物理学、生物学等领域具有广泛应用，如原子吸收光谱、拉曼光谱等。
波动光学 知识点总结
波动光学知识点总结一、波动光学基础理论1.1 光的波动性光既具有波动性，也具有粒子性。
但在波动光学中，我们更多地将光看作是一种波动。
光的波动性表现为它的波长、频率和波速等特性。
光的波动性对光的传播和相互作用提供了理论基础。
1.2 光的主要波动特性在波动光学中，我们需要了解光的一些主要波动特性，如干涉、衍射、偏振等。
这些特性是光学现象的基础，也是波动光学理论的重要内容。
1.3 光的传播规律波动光学还研究光的传播规律，如菲涅尔衍射、菲涅尔-基尔霍夫衍射等。
这些规律描述了光在不同介质中传播时的行为，为我们理解光学器件的原理和应用提供了基础。
二、干涉2.1 干涉现象干涉是波动光学的重要现象，它描述了两个或多个光波相遇时的相互作用。
我们可以通过干涉实验来观察干涉现象，如杨氏双缝干涉、薄膜干涉等。
2.2 干涉条纹干涉条纹是干涉现象的主要表现形式，它是由干涉光波在空间中的相互叠加而形成的明暗条纹。
通过研究干涉条纹，我们可以了解光的波动规律和光的相位特性。
2.3 干涉的应用干涉在科学研究和技术应用中有着广泛的应用，如干涉测量、干涉成像、干涉光谱等。
通过干涉技术，我们可以实现对光学性质和光学器件的精密测量和分析。
三、衍射3.1 衍射现象衍射是波动光学中的重要现象，它描述了光波在通过障碍物或孔径时的传播规律。
我们可以通过衍射实验来观察衍射现象，如单缝衍射、双缝衍射等。
3.2 衍射图样衍射图样是衍射现象的表现形式，它是光波经过衍射产生的明暗图案。
通过研究衍射图样，我们可以了解光波的传播特性和光的波前重构规律。
3.3 衍射的应用衍射在光学成像、光学通信、激光技术等领域有着重要的应用价值。
通过衍射技术，我们可以实现对微小结构的观测和分析，也可以实现光的调制和控制。
四、偏振4.1 偏振现象偏振是波动光学中的重要现象，它描述了光波振动方向的特性。
在偏振现象中，我们可以了解线偏振、圆偏振和椭圆偏振等不同偏振状态。
4.2 偏振光的特性偏振光具有独特的性质，如光振动方向的确定性、光强的调制特性等。
波动光学主要知识点总结
波动光学主要知识点总结1. 光波的传播光波是一种电磁波，它具有波动性质。
光波的传播遵循波动方程，描述光波的传播和相互作用。
光波可以在真空中传播，也可以在不同的介质中传播，比如空气、玻璃等。
光波的传播速度取决于介质的折射率，根据折射定律可以计算光线在不同介质中的传播方向和速度。
2. 干涉和衍射现象干涉和衍射是光的波动性质的重要表现。
干涉是指两个或多个光波相遇时产生的明暗条纹的现象。
根据干涉现象可以分析光的波长和强度分布。
衍射是光波通过狭缝或物体边缘时产生的偏折现象，衍射现象也是光波的波动性质的重要表现。
衍射现象可以用于分析物体的形状和大小，也可以用于光学仪器的设计。
3. 偏振偏振是光波的一个重要特性，它描述光波中振动方向的规律性变化。
线偏振是光波中电场振动方向固定的偏振态，它有着特定的传播特性和应用。
圆偏振和椭圆偏振是光波的另外两种特殊偏振态，它们在光学成像和材料分析中有着重要的应用。
4. 光的传播介质光波在不同介质中的传播和相互作用是波动光学研究的重要内容。
光的折射、反射、散射和吸收等现象都与介质的光学性质有关。
不同介质对光波的传播有着不同的影响，比如光的速度、波长和偏振态等特性都可能随着介质的改变而发生变化。
研究不同介质中的光学性质，对于光学材料的设计和光学成像有着重要的意义。
5. 光的成像和处理波动光学的研究还涉及到光的成像和处理技术。
成像是指利用光的波动特性获取物体的形状和结构信息，以便进行分析和探测。
光的处理技术包括利用光波的干涉和衍射现象进行信息处理和通信。
比如激光干涉术和数字全息术等技术都是利用光波的波动性质进行信息处理和成像的重要手段。
总的来说，波动光学是研究光波的传播和相互作用的重要学科，它涉及到光波的波动性质、干涉和衍射现象、偏振、光的传播介质等内容。
波动光学在激光技术、光学成像、通信和材料分析等领域都有着重要的应用价值。
随着科学技术的不断发展，波动光学的研究将会为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
第十四章 内容提要
马吕斯定律 强度为 I 0 的偏振光通过检偏振器 2 后, 出射光的强度为 I I 0 cos 三 光反射与折射时的偏振 布儒斯特定律: 当入射角为布儒斯特角i0 时，反 射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光为 部分偏振光。 tani n n
0 2 1
波动光学内容提要 一 相干光 （1）相干条件：振动方向相同；频率相同；相位差恒定 .
（2）相干光的产生: 波阵面分割法；振幅分割法.
二 杨氏双缝干涉实验 用波阵面分割法产生两相干光源. 干涉条纹是等间 距的直条纹. d (k 1) 条纹间距: x
d
三 光程 介质折射率与光的几何路程之积 =
n2 n1
当光线垂直入射时 时
n3 n2 n1 时 Δr 2dn2 Δt 2dn2 2
i0 Δr 2dn2 2 Δt 2dn2
n1 n2 n1
n1 n2 n3
波动光学内容提要 等厚干涉 （1）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚 度相等的点的轨迹. k 1 d 2n （2）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增 长条纹不等间距. （3）条纹的动态变化分析（
四 迈克耳孙干涉仪 利用分振幅法垂直的平面镜形成一等效的空气 薄膜使两相互相干光束在空间完全分开，并可用移 动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束 的光程差. 移动反射镜 光路中加入介质片
d k
2 2(n 1)e k
波动光学内容提要 一 惠更斯 — 菲涅耳原理 波阵面上各点都可以当作子波波源，其后波场中 各点波的强度由各子波在该点的相干叠加决定. 二 夫琅禾费衍射 单缝衍射：可用半波带法分析，单色光垂直入射时
大学物理(波动光学知识点总结)
01
圆孔、屏幕和光源。
实验现象
02
在屏幕上观察到明暗相间的圆环，中心为亮斑。
结论
03
圆孔衍射同样体现了光的波动性，中心亮斑是光线汇聚的结果。
光栅衍射实验
实验装置
光栅、屏幕和光源。
实验现象
在屏幕上观察到多条明暗相间的条纹，每条条纹都有自己的位置 和宽度。
结论
光栅衍射是由于光在光栅上发生反射和折射后相互干涉的结果， 形成多条明暗相间的条纹。
02
光的干涉
干涉现象与干涉条件
干涉现象
当两束或多束相干光波在空间某一点 叠加时，光波的振幅会发生变化，产 生明暗相间的干涉条纹。
干涉条件
要产生干涉现象，光波必须具有相同 的频率、相同的振动方向、相位差恒 定以及有稳定的能量分布。
干涉原理
光的波动性
光波在传播过程中，遇到障碍物或孔洞时，会产生衍射现象。衍射光波在空间 相遇时，会因相位差而产生干涉现象。
利用光纤的干涉、折射等光学效应，检测温度、压力、位移等物理量。
表面等离子体共振传感器
利用表面等离子体的共振效应，检测生物分子、化学物质等。
光学信息处理
全息成像
利用干涉和衍射原理，记录并再现物 体的三维信息。
光计算
利用光学器件实现高速并行计算，具 有速度快、功耗低等优点。
THANKS
感谢观看
大学物理(波动光学知识 点总结)
• 波动光学概述 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 波动光学的应用实例
01
波动光学概述
光的波动性质
01
02
03
光的干涉
当两束或多束相干光波相 遇时，它们会相互叠加， 形成明暗相间的干涉条纹。
大学物理波动光学总结
大学物理波动光学总结光学是物理学中的一个重要分支，涉及到光的传播和相互作用。
其中，波动光学是光学中的一块重要内容。
波动光学研究的是光的波动性质，探究光的传播和现象。
1. 光的波动性质光既可以被看作粒子，也可以被看作波动。
然而，在波动光学中，我们主要探究的是光的波动性质。
光的波动包括波长、频率、振幅等方面。
波长是指光波的一个周期所对应的距离。
频率则代表了单位时间内光波的周期数。
振幅是指光波振动的最大值。
2. 光的干涉现象光的干涉是波动光学研究领域中的重要内容。
干涉是指两个或多个光波叠加形成干涉图样的现象。
干涉现象可以分为两种类型：建立在同一光源上的相干光干涉和来自不同光源的非相干光干涉。
在干涉实验中，我们通常会使用干涉仪来观察干涉现象，如杨氏双缝实验、劈尖实验等。
3. 杨氏双缝实验杨氏双缝实验是波动光学中著名的实验之一，用于研究光的干涉现象。
实验中，一束单色光射在一块挡板上，挡板上有两条细缝。
通过这两条细缝，光波通过后形成干涉图样。
干涉图样具有一系列亮纹和暗纹，亮纹表示光的干涉增强区域，暗纹则表示光的干涉减弱或完全抵消的区域。
4. 劈尖实验劈尖实验也是一个常见的波动光学实验，用于研究光的干涉现象。
该实验中，一束单色光通过一个小孔射到屏幕上，形成一个波前。
在波前上放置一个劈尖，劈尖上有一只细缝。
细缝缝宽约为光的波长数量级，从而使光通过细缝后发生衍射，形成一系列干涉图样。
通过这些干涉图样，我们可以研究光的波动性质。
5. 衍射现象衍射是波动光学中的重要现象之一。
通过衍射实验，可以观察到光波通过细缝等物体后，逐渐分散出来，形成一系列交替的明暗区域。
这些明暗区域就是衍射图样。
衍射图样的形态取决于光的波长、衍射物体的大小和形状。
6. 光的偏振现象在波动光学中，我们还需要了解光的偏振。
光的偏振是指光波中的电矢量在空间中的偏振方向。
常见的光偏振现象有线偏振光和圆偏振光。
线偏振光是指光波中的电矢量在空间中只沿一个方向振动；而圆偏振光则是指电矢量在空间中以圆周方式振动。
波动光学小结
(a b) sin 31 42
即
ab
31
sin 300
3.36104
cm
所以
2
31
4
420
nm
题2: 用具有两种波长 1 600 nm和2 500 nm 旳复色光垂直入 射到每毫米有200条刻痕旳光栅上, 光栅背面置一焦距f = 50 cm
旳凸透镜，在透镜焦平面处置一屏幕，求上述两种波长光旳
光源S1和S2，则屏上P点旳光程 差为
r1
P
r2 (r1 d sin ) k
因为
r2
r1
d
x D
S1 S1
S S2
r2
o
xk
k
D
d
d
sin
xk
D
k 级明纹将上移, 但条纹间距不变。
<教材>p252页第8-16题
r1
P
S到两缝S1和S2旳距离分别为l1和
l2，且 l1 l2 3 , 如图所示。求
r1 r2
P x
o
s2
D
目前 k 级明纹位置
xk
k
D
d
(n 1)e
D d
xk
即干涉条纹将向上平移
若薄片遮盖下缝，同理可证明干涉条纹将向下平移。
问题1 若两缝都被厚度同为e, 折射率分别为n1和n2旳透明薄
片遮盖, 则屏上干涉条纹怎样变化?
(r2 e n2e) (r1 e n1e) k
x D
明纹位置
xk
k D
d
暗纹位置
xk
(
2k
1)
D
2d
相邻两明纹或两暗纹间距 x D
d
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______方向移动.
解: 根据劈尖干涉相邻两条纹的间距公式 l 2n
注意: 厚度相同处，对应同一级干涉条纹（等厚干涉）
A* *A
不变， l 不变
条纹左移。
A* *A
增大，l 减小
条纹向左密集。 ·5 ·
两光学平玻璃间夹一细丝构成空气劈尖,上下玻璃的折
射率分别为n1=1.3和n2=1.5,以波长为500nm的单色光入 射，求（1）第10条明纹中心P处对应的劈尖厚度；（2）
2b 2 b1 I
单缝中央衍 射包络线
2
0
b
b
b
k=1
2 sin
b
·11 ·
为了测定一光栅的光栅常数，用波长 632.8nm
的He-Ne激光垂直照射光栅。已知第一级亮纹出现在 300 方向上。求光栅常数？光栅的1cm内有多少条缝？第二 级亮纹是否可能出现？
解： 光栅方程 明纹条件：(b b') sin k
n=1
解 (1) 若n1 n2 n3，或n1 n2 n3 解 (2)
d n1=1.2
Δ反 2n2d k
2n1d , k 1,2,
k k 1, 2n1d 1104nm
透
2dn1 2
n2=1.3
k
4n1d
2k 1
k 1, 2,3
k 2, n1d 552nm 绿色
k 3,
2 3
n1d
368nm
k 1, k 2, k 3, k 4,
2208 nm
736nm 紫红色
441.6nm
315.4nm
·4 ·
用两块平板玻璃构成的劈尖观察等厚干涉条纹。
（1）若把劈尖上表面向上缓慢地平移,则条纹间距 ____,条纹向_____方向移动.
（2）若把劈尖角逐渐增大,则条纹间距___,条纹向
光栅常数
(b b') k 1.265610-6 m s in
1cm内的缝数
1.0 10-2 1.2656 10-6
7.9 10-3
第二级亮纹对应的衍射角
sin 2
2
(b b')
2 632.8 10 -9 1.2656 10 -6
1
2 / 2 第二级亮纹不可能出现
·12 ·
波长为 600nm的单色光垂直入射到一光栅上，第二级 主极大的衍射角为30o，且第三级是缺级。
Shanghai Institute of Technology
Chapter 14
波动光学 章末小结
上海应用技术学院 理学院
干涉
光程：nr k0 干涉加强 半波损失
分波阵面法（杨氏双缝、劳埃德镜干涉)
Δ反 2nd
0 2
折射率突变
分振幅法（薄膜、劈尖干涉、牛顿环干涉)
衍射
近场衍射 bsin 2k k 2K个半波带，相互抵消，暗纹
e 长为 的光，A 是连线中垂线上的一点，S1 与A 间插
入厚度为 的薄片，求 1）两光源发出的光在 A 点的
相位差；2）已知 500nm , n 1.5 , A为第四级
明纹中心, 求薄片厚度 e 的大小.
2 (n 1)e
S1 * n e
*A
S2 *
(n 1)e 4
e 4 4500 nm 4103nm
3
6
2
6 个半波带
缝宽缩小一半 b sin 3 3 2k 1
2
2
2
2
3个半波带 k 1 第1级亮纹
·10 ·
例 衍射光栅的缝宽为b，缝间距为2b（缝的中心
点的间隔），则单缝中央衍射包络线内明条纹有
（1）1条 ; （2）3条 ; （3）4条; （4）5条
缺级条件：b b k b k
（2） I 0 sin2 2 0 0, 900 ·14 ·
如图安排的三种透光媒质I、11、III,其折射率分别
为 n1 1.33, n．2 两 1个.5交, n界3面相1 互平行。一束自然
光自媒质I中入射到I与Ⅱ的交界面上，若反射光为线
i 偏振光，(1)求入射角 .(2) 媒质II 、III界面上的反射
（1）光栅常数等于多少？
解： 光栅方程 明纹条件：(b b') sin k
(b
b)
2 600nm sin 30
2400nm
（2）透光缝可能的最小宽度 b 等于多大？
缺级条件：b b k b k
3 b kb
k
3 k
k' 1时，b 0.5b'
透光缝可能的最小宽度 b =800 nm
（3）求屏幕上可能呈现的全部主级大的级次
在玻璃间充以某种液体，这时棱处为明纹中心，P点变
为第14级明纹中心，求液体折射率。
解：（1） 2nd k
n1
2
d10
2k10 1
4n
2.375106 m
n2
（2） 2nd k k 0,1, 2
取k=14
n
k
2d
1.47
·6 ·
例 两个几何形状完全相同的劈尖：一个是由空 气中玻璃形成；另一个是夹在玻璃中的空气形成，当 用相同的单色光分别垂直照射它们时，产生干涉条纹 间距大的是：
光是不是线偏振光？为什么？
解：（1）根据布儒斯特定律 tgi n2 Ⅰ i
n1
i arctg 1.5 48.40 n1 Ⅱ n2
1.33
Ⅲ n3
（2） i 900 41.60
tg tg41.60 0.89 n3 1 0.67 n2 1.5
不是线偏振光 ·15 ·
Shanghai Institute of Technology
2 远场衍射 单缝：菲涅尔半波带法
Байду номын сангаас
明纹条件：(b b') sin k 缺级条件：b b k
b k
衍射光栅 ：单缝衍射和多光束干涉的叠加
偏振 用偏振片产生偏振光 ：马吕斯定律 I2 I1 cos2 用反射和折射产生偏振光 ：布儒斯特定律 tan i0 n2 n1 ·2 ·
例 如图两同相的相干点光源 S1和 S2 ，发出波
从劈尖顶开始向右数第 5 条暗条纹中心所对应
的厚度 e 为_9___/_4_n__2__
暗条纹
r
2n2e
(2k
1)
2
k 0,1,2,
第 5 条暗条纹 k = 4
n1 n2
n3
e (4 1)
2 2n2 ·8 ·
例 若在牛顿环装置的透镜和平板玻璃板间充满 某种折射率大于透镜折射率而小于平板玻璃的某种液 体，则从入射光方向所观察到的牛顿环的环心是
解：设自然光强为 I 0 ，经第一、第三和
第二偏振片后的光强分别为 I1 、I 2
P1
和方向I 夹；角第为一和第。三偏振片的偏振化
P3 P2
（1）
I1
1 2
I0,
I2
I1
cos2
,
I I2 cos2 (900 )
I I0 cos2 sin2 I0 sin2 2 I0
2
8
8
sin2 2 1 450
n 1 1.5 1
·3 ·
一油轮漏出的油(折射率 n1 )1污.2染了某海域, 在海水( )表
面飞n形机2 成的一驾1.层 驶3 薄员薄从的机油上污向下. (1观) 察如,他果所太正阳对正的位油于层海厚域度上为空4,一60直nm升，
则他将观察到油层呈什么颜色? (2) 如果一潜水员潜入该区域
水下,又将看到油层呈什么颜色?
（1）空气中的玻璃劈尖 （2）玻璃夹层中的空气劈尖 （3）两个劈尖干涉条纹间距相等
（4）观察不到玻璃劈尖的干涉条纹 相邻暗条纹(或明条纹)间的距离： b d 0
2n ·7 ·
例 用波长为 的单色光垂直照射折射率
为 n2 的劈尖薄膜如图.图中各部分折射率的关
系是 n1 n2 n3，观察反射光的干涉条纹，
END
上海应用技术学院 理学院
(b b) sin 90 kmax 600nm kmax 4
实际可见的主极大的级 数为k 0,1,2，（第三级缺级），共 5条
·13 ·
在两个偏振化方向正交的偏振片之间插入第三个偏振
片。（1）当最后透过的光强为入射自然光强的1/8时，
求插入第三个偏振片偏振化方向？ （2）若最后透射
光光强为零，则第三个偏振片怎样放置？
（1）暗斑 （2）明斑 （3）半明半暗的斑 （4）干涉现象消失
n1 n3
n2
n1 n2 n3
r 2n2e e 0, r 0
·9 ·
单缝衍射中，观察屏上第3级暗纹对应的单缝处
波面可划分为__6__半波带。若将缝宽缩小一半，原来第
3级暗纹处将是第__1__级_亮__ 条纹。
解： 第3级暗纹
bsin