波动光学基础优秀课件

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大学物理波动光学一PPT课件

大学物理波动光学一PPT课件

超快光谱技术
介绍超快光谱技术的原理、方法及应 用,如泵浦-探测技术、时间分辨光谱 技术等。
超短脉冲激光技术
详细介绍超短脉冲激光技术的原理、 实现方法及应用领域,如飞秒激光技 术、阿秒激光技术等。
未来光学技术挑战和机遇
光学技术的挑战
阐述当前光学技术面临 的挑战,如光学器件的 微型化、集成化、高性 能化等。
大学物理波动光学一 PPT课件
目录
• 波动光学基本概念与原理 • 干涉原理及应用 • 衍射原理及应用 • 偏振现象与物质性质研究 • 现代光学技术进展与挑战
01
波动光学基本概念与原理
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。
01
02
03
04
摄影
利用偏振滤镜消除反射光和散 射光,提高照片清晰度和色彩
饱和度。
液晶显示
利用液晶分子的旋光性控制偏 振光的透射和反射,实现图像
显示。
光学仪器
如偏振光显微镜、偏振光谱仪 等,利用偏振光的特性进行物
质分析和检测。
其他领域
如生物医学、材料科学、环境 科学等,利用偏振光的特性进
行研究和应用。
01
牛顿环实验装置与步骤
介绍牛顿环实验的基本装置和操作步骤,包括凸透镜、平面镜、光源等

02
牛顿环测量光学表面反射相移
阐述如何通过牛顿环实验测量光学表面反射相移的原理和方法。
03
等厚干涉原理及应用
探讨等厚干涉的基本原理,以及其在光学测量和光学器件设计中的应用

多光束干涉及其应用

大学物理波动光学课件

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麦克斯韦电磁理论:19 世纪中叶,英国物理学 家麦克斯韦建立了电磁 理论,揭示了光是一种 电磁波,为波动光学提 供了更加深入的理论根 据。
在这些重要人物和理论 的推动下,波动光学逐 渐发展成为物理学的一 个重要分支,并在现代 光学、光电子学等领域 中发挥了重要作用。
02 光的干涉
干涉的定义与分类
定义 分类 分波前干涉 分振幅干涉
干涉是指两个或多个相干光波在空间某一点叠加产生加强或减 弱的现象。
根据光源的性质,干涉可分为两类,分别是ห้องสมุดไป่ตู้波前干涉和分振 幅干涉。
波前上不同部位发出的子波在空间某点相遇叠加产生的干涉。 如杨氏双缝干涉、洛埃镜、菲涅尔双面镜以及菲涅尔双棱镜等

一束光的振幅分成两部分(或以上)在空间某点相遇时产生的 干涉。例如薄膜干涉、等倾干涉、等厚干涉以及迈克耳孙干涉
波动光学与几何光学的比较
几何光学
几何光学是研究光线在介质中传播的光学分支,它主要关注 光线的方向、成像等,基于光的直线传播和反射、折射定律 。
波动光学与几何光学的区分
波动光学更加关注光的波动性质,如光的干涉、衍射等现象 ,而几何光学则更加关注光线传播的几何特性。两者在研究 对象和方法上存在差异,但彼此相互补充,构成了光学的完 整体系。
VS
马吕斯定律
当一束光线通过两个偏振片时,只有当两 个偏振片的透振方向夹角为特定值时,光 线才能通过。这就是马吕斯定律,它描述 了光线通过偏振片时的透射情况。这两个 定律在光学和物理学中都有着广泛的应用 。
THANKS
感谢观看
分类
根据障碍物的大小和光波波长的相对 关系,衍射可分为菲涅尔衍射和夫琅 禾费衍射。
单缝衍射与双缝衍射
单缝衍射

《波动光学》ppt课件

《波动光学》ppt课件
物理意义
马吕斯定律是定量描述偏振光通过检偏器后透射光强与入射线 偏振光和检偏器透振方向夹角之间关系的定律,是波动光学中 的重要公式之一。
晶体中双折射现象解释
双折射现象
当一束光入射到各向异性的晶体时,会分成两束光沿不同方向折 射的现象。
产生原因
晶体内部原子排列的规律性使得晶体具有各向异性,导致不同方向 上折射率不同。
研究中的应用。
03
非线性波动光学应ห้องสมุดไป่ตู้领域
概述非线性波动光学在光通信、光计算、光信息处理等领域的应用前景。
量子波动光学发展动态
量子波动光学基本概念
阐述光的量子性质及其与波动光学的关系,包括光子、量子态、量子纠缠等。
量子波动光学研究方法
介绍量子光学实验技术、量子信息处理方法等在量子波动光学研究中的应用。
薄膜干涉实验操作
阐述薄膜干涉实验的基 本原理和实验方法,包 括等厚干涉和等倾干涉 的实现方式及条纹特征。
衍射实验数据处理方法分享
衍射实验基本概念
解释衍射现象的产生条件和基本原理,介绍衍射光栅、单 缝衍射等实验方法。
01
衍射光栅数据处理
分享衍射光栅实验的数据处理技巧,包 括光栅常数、波长等参数的测量方法和 误差分析。
03
复杂介质中波动光 学应用领域
概述复杂介质中波动光学在生物 医学成像、环境监测与治理、新 能源等领域的应用前景。
06
实验方法与技巧指 导
基本干涉实验操作规范介绍
干涉实验基本概念
阐述干涉现象的产生条 件和基本原理,解释相 干光波的概念及获得方 法。
双缝干涉实验操作
详细介绍双缝干涉实验 的实验装置、操作步骤 和注意事项,以及双缝 干涉条纹的特点和分析 方法。

第6章-波动光学-课件

第6章-波动光学-课件

(2)相邻明条纹间距 b 对应 标准平板玻璃
空气膜厚度差是 ,故间距 a
2
对应空气膜厚度差应是 a 。
2b
图6.15
待检工件
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
二 牛顿环
由一块平板玻璃和一平凸透镜组成
d
光程差
Δ2d
2
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
牛顿环实验装置
Δ2nd
2
k, k1,2,明纹
Δ (2k1), k0,1,暗纹
2
n1 n1
第四章 机械振动
n
d
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
讨论
b
n1 n
L
b
(1)棱边处 d0
n
n /2 D
Δ 为暗纹.
2
n1
(k 1) (明纹)
d 2 2n
Байду номын сангаас
劈尖干涉
k 2n (暗纹)
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
(2)相邻明纹(暗纹)
b
n1 n 间的厚度差
L
b
n
n /2 D
n1
di1di
n
2n 2
D L
n 2
b
劈尖干涉
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
b
L
n1 n
n
n /2 D
n1
(3)条纹间距
b 2n
Dn L L
2b 2nb
b
劈尖干涉
6.5 劈尖 牛顿环
(4 )干涉条纹的移动
第四章 机械振动

【大学课件】波动光学基础PPT资料39页

【大学课件】波动光学基础PPT资料39页

d
10
(2) 双缝间距 d 为
d D 600 5.893104 5.4mm
x
0.065
例 用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d ,缝面与 屏距离为 D
求 能观察到的清晰可见光谱的级次 解 在400 ~ 760 nm 范围内,明纹条件为
xd k
S dA udt w uw dA dt
E H
1 ( E2 1 H 2 )
2
2
1
EH
u
S
dA
坡印亭矢量
S EH
udt
波的强度 I
I S S 1
t T
Sdt
Tt
1
T
t T t
E0H0cos2 (t
r )dt u
1 2
E02
结论:I 正比于 E02 或 H02,
通常用其相对强度 I
求 (1) d =1.0 mm 和 d =10 mm,两种情况相邻明条纹间距分别 为多大?(2) 若相邻条纹的最小分辨距离为 0.065 mm,能 分清干涉条纹的双缝间距 d 最大是多少?
解 (1) 明纹间距分别为
x D 600 5.893104 0.35mm
d
1.0
x D 600 5.893104 0.035mm
§14.3 获得相干光的方法 杨氏实验
获得相干光的方法
1. 分波阵面法(杨氏实验) 2. 分振幅法(薄膜干涉)
一. 杨氏实验(分波阵面法)
• 实验现象
s1
S
s2
明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置
• 理论分析
r12
D2
y2
(x
d )2 2
r22
D2
y2

第1章 波动光学基础 1-2 光波的函数表述 物理光学课件

第1章   波动光学基础 1-2 光波的函数表述 物理光学课件


它可以通过把确定该考察面的空间约束条件代入光波场的三维复振幅分
布函数的普遍表达式而得到。

例:传播方向平行于xoz平面,且与z轴夹角为θ的平面波在z=0平面上的
波前函数.

①依题意写出复振幅分布函数(关键是写 k r )

②将z=0代入复振幅分布函数
• 注意:波前函数是任意空间面上的复振幅,但不是复振幅在这个面上的投影.
• 光是特定波段的电磁波
光的电磁波动 E, H 遵从Maxwell方程
• D ρ,
• B 0,

E B ,
Maxwell微分方程
t
H
J
D
t
• •
其中:
i
j
k
x y z
• 变化的磁场可以产生电场;变化的电场也可以产生磁场.
• 电磁波——交变电磁场的空间传播。
1 波动光学基础


复振幅分量与波前函数的区别在于:波前函数与复振幅函数的振幅相同,
但相位不同.
1 波动光学基础
1.2 光波的函数表述
1.2.4.波前与波面
• 2.相位共轭波前
• E~(r) E0 (r)eikr
所谓相位共轭光波,是指两列同频率的光波,它们
的复振幅之间是复数共轭的关系.
~ ikr
即若某一波的复振幅为 E(r ) E (r )e E在0 (信r)息光学中,经常遇到相位共轭光波的概念。所谓相位共轭光波,是指两列同频率的光波,它们的复振0 幅之间是复数共轭的关系,即若某一波的复振幅为
波动光学基础121maxwell电磁波动方程12光波的函数表述121maxwell电磁波动方程波动光学基础12光波的函数表述1099792121maxwell电磁波动方程波动光学基础12光波的函数表述121maxwell电磁波动方程波动光学基础12光波的函数表述coscos和分别为波的空间角频率和时间角频率又称圆频率

第1章 波动光学基础 1-2 光波的函数表述 物理光学课件

第1章   波动光学基础 1-2 光波的函数表述 物理光学课件
1 波动光学基础
第1章 波动光学基础
§1.1 光的波动性质 *§1.2 光波的函数表述 *§1.3 光的偏振态
§1.4 实际光波与理想光波 *§1.5 光在介质界面的反射与折射
1 波动光学基础
§1.2 光波的函数表述
1. Maxwell 电磁波动方程 2. 定态光波波函数 3.定态光波的时空周期性 4. 波前与波面

仅对线偏振光、或光矢量的直角分量,可以用标量
波函数表述:
E E 0c o skrt0
1 波动光学基础
1.2 光波的函数表述
作业二:
• 1.一束光波的电场矢量为
E ico 2 s11 05 c zt (V\m)
,请
确定光波的传播方向、振幅、频率、波长、磁场矢量的方向。
• 2.依据”波面就是等相位面”,证明:
1.2.3定态光波的时、空周期性


⑴ 一在维谐E 波 波E 函0 数r 及 e 其周i 期k x 性 r p t 0中
• •


k E x E 0 ,0k r y e0 xip k
①空间各点的初位相
z k rt 0 0
②空间一点的光场时间变化图
T
③同一时刻空间各点的光场分布图
1.2 光波的函数表述
1.2.2定态光波波函数
• 3. 定态光波的复振幅
⑴光波函数的复数表示
E R E E 0 e 0 r r c eo k x is r k p r t t 00
可直接简写为: E E 0 r e i k x r p t 0
00
• 介质中光速
C C rr n
• 介质折射率
n rr
• 对光学波段,近似有 r 1 ,故 n ε r

第7章 波动光学(干涉)-PPT课件

第7章 波动光学(干涉)-PPT课件
光通过媒质时频率 不变,但波长要改变,设为' 。 媒质中光从a到b相位改变
d nd 2π Δ 2 π b a '
a ' · d
b · 媒质
…真空中波长
从相位看:媒质中距离d 包含的波长数与真空中距离 nd 包含的波长数相同,即二者产生相同的相差。
14
nd —在折射率为 n 的媒质中,光走距离 d 的等效真空路程,称为光程 nd
第7章 波动光学
1
几何光学:以光的直线传播规律为基础, 研究各种光学仪器的理论。 波动光学:以光的电磁波本性为基础, 研究传播规律,特别是干涉、衍射、偏振 的理论和应用。 量子光学:以光的量子理论为基础, 研究光与物质相互作用的规律。 20世纪60年代激光问世后,光学有了 飞速的发展,形成了非线性光学等现代光学。
设两束光经历的光程分别为 1和2,这两束光的 光程差写作: 2 1 如果两相干波源同相位,则这两束光在 Δ 2 π 相遇点引起的两个振动的相位差为
【例】 r1 n d r2 · P
S1
S2

2 π


r d nd r 2 1
2 π r r n 1 d 2 1
7
造成谱线宽度的主要原因: (1) 自然增宽:由能级自然宽度形成。 原子处在各激发态有一定的寿命 , 存在不确定关系: · Ej Ej Δ E h

Eiຫໍສະໝຸດ Ei E Ej i h
(2) 多普勒增宽:分子、原子的热运动引起。
(3) 碰撞增宽:碰撞也可增加原子能级宽度。 由于谱线频率的展宽, 一般波列的长度只有几厘米或几毫米。

x r r d sin d tan d 在 较小的情况下 2 1 D

第1章 波动光学基础 1-5 光在介质界面的反射与折射 物理光学课件

第1章   波动光学基础 1-5 光在介质界面的反射与折射 物理光学课件

1.5.7 反射光与透射光的能量分配
1 波动光学基础
1.5 光在介质界面的反射与折射
• 1.5.8 光在吸收介质界面上的反射和折射
R r 2 1n 1 n
n n 1 i
• 1.5.9光的吸收、色散和散射
• 1、吸收介质内
E
A exp
i
n
z c
t
A exp
i
n 1
i
z c
t
A
exp
1 波动光学基础
1.5.1 光在介质界面的反射与折射
二、反射和折射定律 •设(如图):入射、反射、折射光波的电场矢量的S-分量分别为:
E1s E1y A1s exp[i(k1 r t)] A1s exp{i[k1(x sin i1 z cos i1) 1t]} E1's E1'y A1's exp[i(k1' r 1' t)] A1' s exp{i[k1' (x sin i1' z cos i1' ) 1' t]} E2s E2y A2s exp[i(k2 r 2t)] A2s exp{i[k2 (x sin i2 z cos i2 ) 2t]}
2、入射波透入介质2约一个波长的深度, 透射波沿界面传播约半个波长, 然后返回介质1。
1 波动光学基础
• 三、近场扫描光学显微镜(NSOM)
• NSOM原理:
1.5.6 全反射现象与应用
1 波动光学基础
1.5.6 全反射现象与应用
• NSOM独特功能:
• 1、高分辨 • 突破衍射极限(200nm), 实现12nm分辨。 • 2、样品宽容 • 固、液、绝缘体、金属、半导体,无需特殊加工。 • 3、环境宽松 • 无需真空环境。 • 4、照明方式多样,倏逝波广泛存在。
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,光学的研究深入到光的发生、光和物 质的相互作用的微观结构中。一些新的实验,如热辐射、光电效 应和康普顿效应等,用经典电磁波理论都无法解释。
普朗克(Planck) 爱因斯坦(Einstein) 康普顿(Compton)
1900年普朗克提出辐射能量的量子化理论,成功地解释了黑体 辐射问题。1905年爱因斯坦提出光量子理论,圆满地解释了光电 效应。爱因斯坦的结论于1923年被康普顿的散射实验所证实。
一、光是电磁波
电磁波的产生: 凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源
例如:天线中的振荡电流; 分子或原子中电荷的振动
电磁波的描述:
EH//v
y
E
zOH
v
x
平面简谐光波方程:
EAco stcr0
光 强: 光波的平均能流密度称为光强 I E2
波动光学基础
前言
光学: 研究光的本性、光的传播和光与物质相互作 用等规律的学科。
几何光学:以光的直线传播为基础,研究光 在透明介质中的传播规律。
光学 波动光学:以光的波动性质为基础,研究光 的传播及规律。
量子光学:以光的粒子性为基础,研究光与 物质相互作用的规律。
光学发展史
光是什么?
一、几何光学时期
举了几个世纪以来两种学说的拥护者,以及它们刚被提出
时的出发点和存在的问题:
支持者
能够解释/无法解释(刚提出时)
牛顿(Newton)
光的直线传播
微 毕奥(Biot)
光的反射
粒 拉普拉斯(Laplace) 光的折射
说 泊松(Poission)
光在折射率大的介质中传播
马吕斯(Malus)
速率小
光的干涉
胡克(Hooke)
黑体辐射
• 1859年,德国物理学家Kirchhoff辐射 定律(law of radiation)指出物体在已 知温度下,辐射能的放射率或吸收率与
物体表面性质有关。而黑色物质对辐射
能具有较大的吸收能力。如果一個物体 在任何温度下能吸收任何頻率的辐射能, 那么这个物体便称为黑体。事实上,完 全黑体并不存在,研究黑体辐射时,常 以人工制成一完全黑体讨论。如图所示, 当外界辐射能经由小孔射于空腔时,此 辐射能经过多次反射后,几乎无机会再 由小孔出现,故可视为辐射能被空腔所 完全吸收,而称之为——黑体。若加热 此物体至某一温度,观察由小孔辐射出 的光谱,其光谱与在同一温度的黑体 (blackbody)完全相同。来自此物体 的辐射称为“黑体辐射”。
光的直线传播
波 惠更斯(Huygens)
光的反射
动 托马斯·杨(T.Young) 光的折射
说 夫琅和费(Fraunhofer) 光在折射率大的介质中
菲涅耳(Fresnel)
传播速率小【该结论于1862
傅科(Foucault)

被傅科实验所证实】
对光的波动说给予有力支持的几个实验: 1、 1801年托马斯 · 杨(Thomas Young)完成了著名的 “杨氏”实验,并提出了干涉原理; 2、 1809年,马吕斯(Malus)发现了光的横波性;(尽 管马吕斯当时认为他的发现是对波动说有力的驳斥) 3、 1815年,菲涅耳(Fresnel)综合了惠更斯子波假设 和杨氏干涉原理,用次波干涉理论成功地解释了光的直线传 播规律,并且定量地说明了光的衍射图样光强分布规律(如 泊松亮斑)。
衍射、偏振等问题。
第12章 波动光学基础
本章内容:
§12.1 光的相干性 §12.2 分波面干涉 §12.3 分振幅干涉 §12.4 惠更斯-菲涅耳原理 §12.5 单缝的夫琅禾费衍射 §12.6 圆孔的夫琅禾费衍射 §12.7 衍射光栅及光栅光谱 §12.8 X射线衍射 §12.9 光的偏振
§12.1 光的相干性
二、光的微粒说和波动说
光是一种粒子!
光是一种波!
牛顿(Newton)
惠更斯(Huygens)
1668年英国科学家牛顿(Newton)提出光的微粒说, 1678年荷兰物理学家惠更斯(Huygens)提出光的波动说。
两种学说的争论持续了几个世纪,起初微粒说占优,到19
世纪初,人们对光本质的认识逐渐趋向于波动说。下表例
从光学发展史可以看出,光的干涉、衍射、偏振 等现象证实了光的波动性,而黑体辐射、光电效应和 康普顿效应等又证实了光的微粒性,光具有“波粒二 相性”(Wave-particle duality)。光在传播的过程中 主要表现出波动性,而在与物质相互作用时主要表现 出微粒性。
本章只讨论光的波动性。即主要研究光的干涉、
三、光的电磁学说
光是一种电磁波。
你的预言是对的!
麦克斯韦(Maxwell )
赫兹(Hertz )
1860年,麦克斯韦总结出麦克斯韦方程组,得出电磁波在 真空中传播的速度等于光速 c ,从而预言光是一种电磁波。 1888年赫兹用实验证实了麦克斯韦的预言。
通过大量实践可知,红外线、紫外线和X 射线等都是电磁 波,它们的区别仅是频率(波长)不同而已,从而使光的波 动理论成为电磁理论的一部分。
光电效应
• 光电效应是指:当光 照射在金属表面时有 电子从金属表面逸出。 这一现象是德国物理 学家赫兹(H. Hertz)在 1887年研究电磁波的 性质时偶然发现的。 但是,赫兹只是注意 到用紫外线照射在放 电电极上时,放电比 较容易发生,却并不 知道这一现象产生的 原因。
康普顿效应
• 1923年,美国物理学家康普顿 在研究x射线通过实物物质发生 散射的实验时,发现了一个新 的现象,即散射光中除了有原 波 λ散>长射λλ角0 0的的的XX不光光同,外而其,变波还化长产。的生这增了种量波现随长 象称为康普顿效应(compton effect)。用经典电磁理论来解释 康普顿效应遇到了困难。康普 顿借助于爱因斯坦的光子理论 ,从光子与电子碰撞的角度对 此实验现象进行了圆满地解释.
早在我国先秦时代(公元前400-382年),《墨经》中就详 细论述了光的直线传播、光的反射以及平面镜、凹面镜和凸面镜 的成像规律。而在之后约一百年,古希腊的欧几里德也专门著书 《光学》,对人眼为何能看到物体、光的反射性质、球面镜焦点 等问题进行了探讨。
1621年荷兰科学家菲涅耳(W. snell, 1580~1626)从实验归纳 出反射定律、折射定律,在此基础上诞生了几何光学。
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