[课件]光学-第三章习题PPT
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《光学》PPT课件
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•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。
•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。
《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
(工程光学教学课件)第3章 平面与平面系统
半透半反膜
蓝光
红光
100%
50%
50%
分光棱镜
白光
ab
绿光
分色棱镜
转像棱镜
➢ 主要特点：出射光轴与入射光轴平行，实现完全倒像，并能折转很 长的光路在棱镜中。
➢ 应用：可用于望远镜光学系统中实现倒像。
x y
z
x
x z y
y z
y z
x x
yz
y z x
a) 普罗I型转像棱镜
b) 普罗II型转像棱镜
图 3-18 转像棱镜
将玻璃平板的出射平面及出射光路HA一起沿光轴平移l，则CD与EF重合，出射光线
在G点与入射光线重合，A与A重合。
PA
Байду номын сангаас
EC
这表明:光线经过玻璃平板的光路与无折射的通过 空气层ABEF的光路完全一样。这个空气层就称为 平行平板的等效空气平板。其厚度为：
Q
H
G
A
A
l
ddld/n
L
B d FD
d
例题：一个平行平板，折射率n=1.5，厚度d，一束会聚光入射，定点为M ，M距平行平板前表面的距离为60mm，若此光束经平行平板成像与M‘， 并且有M’与M相距10/8mm，求厚度d
l' d (1 1 ) n
n=1.5，Δl’=10/8
M M’ d
§3-3 反 射 棱 镜 B
一、反射棱镜的类型
O1
➢ 反射棱镜的概念：
Q
P
将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上
形成的光学元件称为反射棱镜。
➢ 反射棱镜的作用：
O2 A
折转光路、转像和扫描等。
R
➢ 反射棱镜的术语：
非线性光学课件-第三章
sech
x
1 cosh x
ex
2 ex
带h称为双曲函数
双曲正切，双曲正割
A1 ( z )
A1
(0)
s
ec
h
z Ls
A2 (z)
A1
(0)
tanh
z Ls
其中
Ls
cn deff A1(0)
Ls 称为相位匹配下二次谐 波产生的有效倍频长度
当z=Ls 时， tanh(1)= 0.762 sech(1)= 0.648
第三章 光学倍频、混频与参量转换
典型的非线性现象
1、光学倍频
二阶非线性 光学现象
介质不具有对称中 心的各向异性介质
2、光学和频、差频（三波混频）
3、光学参量振荡和放大 …
1、三次谐波
三阶非线性 光学现象
对介质对称无要求
2、四波混频 3、双光子吸收 4、光学自聚焦 5、受激散射 …
这些效应是产生光学变频的较成熟的手段之一，它为人们提供了一 种研究物态结构、分子跃迁驰豫和凝聚态物理构成的新的有效手段。
2
1
1，2为基波和谐波真空中的波长
n2 (2 ) n1(1)
只有满足上述条件，倍频最佳，但由于通 常n2(2)≠n1(1),所以只有采取特殊方法才 能做到。
3.1.2 光学二次谐波的基本理论
对于沿z方向传播的三波混频的耦合波方程
A3 z
i3D 2cn(3 )
(2) (3;1,2 ) :
A A ei(k3 k1k2 ) z
（注意是谐波之间同相位，不是谐波和基波同相位）
L
晶体
dz
z
O
在位置z处，在dz薄层介质内的振幅
应用光学课件第三章
盲点实验
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
从光学角度看，人眼主要有三部分： 水晶体－－－－镜头 网膜－－－－底片 瞳孔－－－－光阑
人眼相当于一架照 相机，能够自动调节
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
视觉的产生 外界的光线进入人眼 成像在视网膜上，产生视神经脉冲 通过视神经传向大脑，经过高级的中枢神经
活动，形成视觉
物理过程，生理过程，心理过程
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。
对二线的分辨率称为对 准精度，右图的对准精 度都是10”
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
看得清楚的条件 必要条件：成像在视网膜上 充分条件：对二点，视角大于或等于60”
对二线，视角大于或等于10”
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
§3-2 放大镜和显微镜的工作原理
被观察物体首先要成像在视网膜上，而且对人眼 的张角大于人眼的视角分辨率时，才能被看清。
望远镜的视放大率
f
' 物
f目'
要增大视角，要求 1 ，即要求 f物' f目'
物镜的焦距比目镜的焦距长几倍，仪器就放大几倍
倍率越高，物镜焦距越长，仪器的长度就越长
Γ可正可负：Γ >0，ω和ω’同号，成正立的像 Γ<0，ω和ω’异号，成倒立的像
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
从光学角度看，人眼主要有三部分： 水晶体－－－－镜头 网膜－－－－底片 瞳孔－－－－光阑
人眼相当于一架照 相机，能够自动调节
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
视觉的产生 外界的光线进入人眼 成像在视网膜上，产生视神经脉冲 通过视神经传向大脑，经过高级的中枢神经
活动，形成视觉
物理过程，生理过程，心理过程
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。
对二线的分辨率称为对 准精度，右图的对准精 度都是10”
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
看得清楚的条件 必要条件：成像在视网膜上 充分条件：对二点，视角大于或等于60”
对二线，视角大于或等于10”
应用光学课件第三章
应用光学讲稿
§3-2 放大镜和显微镜的工作原理
被观察物体首先要成像在视网膜上，而且对人眼 的张角大于人眼的视角分辨率时，才能被看清。
望远镜的视放大率
f
' 物
f目'
要增大视角，要求 1 ，即要求 f物' f目'
物镜的焦距比目镜的焦距长几倍，仪器就放大几倍
倍率越高，物镜焦距越长，仪器的长度就越长
Γ可正可负：Γ >0，ω和ω’同号，成正立的像 Γ<0，ω和ω’异号，成倒立的像
光学教程第三章New-PPT精品
干涉项不为零的叠加，称为相干叠加；若 叠加区域任何一点的干涉项皆为零，称为非相 干叠加。
2019/10/18
3
光学教程第三章 干 涉
波的相干的条件
vP
下面讨论两列波的叠加。 vv
E v 1 ( p , t ) E v 1 c 0 1 t o k 1 r 1 s 1 ) ( 0 S1
2019/10/18
34
光学教程第三章 干 涉
§3.2.3 杨氏模型与测量
－－干涉条纹的移动
杨氏条纹的移动 造成杨氏条纹移动的原因：
1. 光源的移动； 2. 装置结构的改变； 3. 光路中介质的改变；
2019/10/18
35
光学教程第三章 干 涉
几种典型方案 造成杨氏条纹移动的几种典型方案：
1. 光源的移动－－双缝或单缝的移动； 2. 装置结构的改变－－增加透镜、倾斜等 3. 光路中介质的改变－－在某屏上插入某 介质薄片；
2019/10/18
k (k0,1,2 )…明条纹
(2k 1) 2
…暗条纹
23
光学教程第三章 干 涉
§3.3.2 其它几种两光束分波前干涉装置
菲涅耳双面镜
2019/10/18
24
光学教程第三章 干 涉
菲涅耳双棱镜
2019/10/18
25
光学教程第三章 干 涉
比耶对切透镜
2019/10/18
26
光学教程第三章 干 涉
劳埃德镜
2019/10/18
27
光学教程第三章 干 涉
纳耳孙实验 在红宝石棒端
面上镀上反射银膜， 银膜上刻画了两条 平行的透光缝。
银膜：光阑的作用；
实验意义：证明激光器端面上各点 发出的光波是相干的。
2019/10/18
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光学教程第三章 干 涉
波的相干的条件
vP
下面讨论两列波的叠加。 vv
E v 1 ( p , t ) E v 1 c 0 1 t o k 1 r 1 s 1 ) ( 0 S1
2019/10/18
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光学教程第三章 干 涉
§3.2.3 杨氏模型与测量
－－干涉条纹的移动
杨氏条纹的移动 造成杨氏条纹移动的原因：
1. 光源的移动； 2. 装置结构的改变； 3. 光路中介质的改变；
2019/10/18
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光学教程第三章 干 涉
几种典型方案 造成杨氏条纹移动的几种典型方案：
1. 光源的移动－－双缝或单缝的移动； 2. 装置结构的改变－－增加透镜、倾斜等 3. 光路中介质的改变－－在某屏上插入某 介质薄片；
2019/10/18
k (k0,1,2 )…明条纹
(2k 1) 2
…暗条纹
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光学教程第三章 干 涉
§3.3.2 其它几种两光束分波前干涉装置
菲涅耳双面镜
2019/10/18
24
光学教程第三章 干 涉
菲涅耳双棱镜
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25
光学教程第三章 干 涉
比耶对切透镜
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光学教程第三章 干 涉
劳埃德镜
2019/10/18
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光学教程第三章 干 涉
纳耳孙实验 在红宝石棒端
面上镀上反射银膜， 银膜上刻画了两条 平行的透光缝。
银膜：光阑的作用；
实验意义：证明激光器端面上各点 发出的光波是相干的。
物理光学与应用光学第三章PPT课件
空气平板出射d n 面G的光线投射高度h2
B dF D
•再从G点以d后n 的光路全部加l上轴向平 移量 l(11)d ，即可得到实际光路。
n
AE
G
B dd n F
.
第三节 反射棱镜
反射镜可以改变光轴方向，减小长度，转像、倒像等。但
1、镀膜，不耐久 2、光能损失 3、装校不便。
一、反射棱镜的类型
反射棱镜：把多个反射面做在同一块光学材料（如玻璃） 上的光学零件。
.
第一节 平面镜成像
平面镜 —— 唯一能成完善像的光学元件
A
N
B
B1
A
P
Q
P
Q
O
O1
A
（a）实物—— 虚像
A
（b）虚物—— 实像
.
3
一、平面镜成像
球 面 镜 成 像 ：112 l l r
r
l l
1
★ 性质分析: 物像相对于平面镜对称分布、虚实相反。
.
采 用
y
P
右
手
坐 标
z
x
O
法
则
Q
y'
x'
.
二、平行平板的“等效空气层” 1）近轴光线（I较小）
S
A EC
sA E
P
H
G
P G
B dF D
dn
l
B dd n F
A
平行平板玻璃的折射
l' d1 1 n
等效空气层
dd n
.
凡在光路中有平行平板玻璃（如反射棱镜）时
•首S先用厚A度为
dE n
的C等效空气平板
取代厚度为d的平板玻H璃，算出等效
《光学》全套课件 PPT
[美]机载激光系统
•近年又产生了付立叶光学和非线性光学。 •付立叶光学：将数学中的付立叶变换和通讯中的线性系 统理论引入光学。
§1-1 光的电磁理论
一、光的电磁理论 按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场会产生变化 的磁场，这个变化的磁场又产生变化的电场，这样变化 的电场和变化的磁场不断地相互激发并由近及远地传播 形成电磁波。
•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
三、波动光学时期
• 1801年，托马斯· 杨做出了光的双缝干涉实验 • 1808年，马吕发现了光在两种介质界面上反射时的偏振性。
托马斯· 杨
பைடு நூலகம்
惠更斯
牛顿
• 1815年，菲涅耳提出了惠更斯——菲涅耳原理 • 1845年，法拉弟发现了光的振动面在强磁场中的旋转，揭 示了光现象和电磁现象的内在联系。 • 1865年，麦克斯韦提出，光波就是一种电磁波 通过以上研究，人们确信光是一种波动。
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
§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 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）
红 橙 黄 绿 青 蓝 紫
760nm~630nm 630nm~590nm 590nm~570nm 570nm~500nm 500nm~460nm 460nm~430nm 430nm~400nm
光在不同媒质中传播时，频率不变，波 长和传播速度变小。 折射率 n = c = ε μ r r
《光学教程》第五版 姚启钧 第三章 光的干涉 ppt课件
V A 2 1 2 A 1 A A 2 2 2 1 2 A A 1 1A A 2 22 1 0A A 1 1 A 2 A 2
600
630 760 nm
紫蓝青绿黄 橙 红
purple blue cyan green yellow orange red
可见光 4~7.6 × 1014Hz
ν——频率，表征发光机制的物理量
真空中， 介质中，
c0
折射率的定义： n c
0
n
c rr
光波
r 1 n r
《光学教程》第五版 姚启钧 第三 章 光的干涉
c3180m/s
b. 有横波的性质，即有干涉、衍射、偏振等现象
电磁波：无线电波 106 Hz
γ 射线
31020Hz
可见光： 41104 7.61104 Hz
结论：光是某一波段的电磁波。
《光学教程》第五版 姚启钧 第三 章 光的干涉
2. 光速、波长和频率三者的关系
400 430 450 500 570
IE2E •E E 1E 2•E 1E 2
E2
E
E12E22E 1•E 2E 2•E 1
A12A222A 1•A 2cos21
β2
β β1 E1
干涉因子
2 A 1•A 2co 2 s1 0 0
非相干 相干
2 A 1 •A 2co csosAA11AA22，，cocsos=00
章 光的干涉
光程(△)
光在介质里通过的路程 × 介质的折射率 = r ×n
在均匀介质里, 光程：
nr c r ct
∴光程也可认为相同时间内光在真空中通过的路程。
光程差(δ)
n2r2n1r1
大学物理课件光学-3光的衍射
单缝上下平移 --- 条纹分布不变.
用单丝代替单缝的衍射情况 --- 不变.
应用
4、讨 论
I
有那些应用？
l0
2
f
a
sin
3
a
2
a
a
0
2 3
aaa
• 测量波长 • 测量细缝宽度 • 测量细丝直径
例
思考：入射光非垂直入射时光程差的计算？
Δ DB BC
b(sin sin)
（中央明纹向下移动）
A
b
D
B
C
Δ BC DA
b(sin sin)
（中央明纹向上移动）
D A
b
C
B
思考: • AC不等于半波长的整数倍时?
• 明纹强度与级次的关系? 宽度
3、明纹宽度
I
相邻两个暗 纹间的宽度
3
a
2
a
a
0
2
aa
近轴条件： sin
sin
3
a
中央明纹
其它明纹
角宽度 线宽度
0
2
a
l0
2
f
a
k
a
lk
f
a
中央明纹
a
X1
L
1
0 0
f
x1
f tg1
f sin1
f
a
2f
l0 2x1 a
其它明纹
x
L
0 f
x暗 f tg
f sin
f k
a
lk
xk1 xk
f ( k 1 k )
a
a
f
a
讨论
4、讨 论
应用光学教学课件ppt作者刘晨第3章理想光学系统
应用光学第3章 理想光学系统3.1 理想光学系统的概念及性质3.2 理想光学系统的基点和基面、焦距3.3 理想光学系统的成像3.4 理想光学系统的组合3.5 透镜3.1 理想光学系统的概念及性质3.1.1 理想光学系统的概念3.1.2 理想光学系统的性质实际的光学系统要求用一定宽度的光束、对一定大小的范围成像。
在估计其成像质量时，需利用理想光学系统成像的概念。
如果光学系统对任意大的范围，以任意大的光束成像都是完善的，这样的光学系统便定义为理想光学系统。
1)物空间的每一点对应于像空间中的一点，且只有唯一的一点与之相对应，这两个对应点称为物像空间的共轭点。
2)物空间中的每一条直线对应于像空间中的一条直线，且只有唯一的一条直线与之相对应，这两条对应直线称为物像空间的共轭线。
3)物空间的任意一点位于直线上，那么其在像空间内的共轭点也必位于该直线的共轭线上。
4)物空间中的任一平面对应于像空间中的一个平面，且只有唯一的一个平面与之相对应，这两个对应平面称为物像空间的共轭面。
3.2 理想光学系统的基点和基面、焦距3.2.1 焦点、焦平面3.2.2 主点和主平面3.2.3 焦距3.2.4 节点和节平面图3-1 基点和基面图3-2 无限远轴外点和物方焦平面上点发出的光束a)无限远轴外点发出的光束 b)物方焦平面上点发出的光束如图3-1所示，延长入射光线A1E1和出射光线GkF′得交点Q′，同样延长光线A′kEk及物方的共轭光线G1F交于Q点。
根据光路的可逆性，物方光线FG1入射于光学系统后，其像方光线必沿E kA′k出射，物方光线A1E1入射于光学系统后，其像方光线必沿GkF′方向出射，显然Q和Q′是一对共轭点，分别过Q和Q′作垂直于光轴的平面QH、Q′H′交光轴于H点和H′点，此两平面同样也是共轭的。
由图可知QH=Q′H′=h，故其放大率β=+1，称这对放大率为+1的共轭面为主平面，QH称为物方主平面(前主面或第一主面)，Q′H′称为像方主平面(后主面或第二主面)。
精品物理光学PPT课件(完整版)
实验装置
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
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
光纤光学第三章PPT课件
子 cos
第14页/共95页
斜光线绕光纤轴线成螺旋形传播。 斜光线是三维空间光线，而子午光线只在二维平面内传播。
第15页/共95页
3.2.4 变折射率光纤的光线理论 见光纤光学（刘德明，向清，黄德修）P9面
程函方程/光线方程：
d ds
n(r)
dr ds
n(r)
若媒介是各向同性而又均匀，有
n dr const ds
当m不等0时当m1时得到混合模eh1n和he1n模的截止条件为jua0其第一个根对应u0也就是说它所对应的模在任何条件下都不会截止这个模为最低阶模称为基模he11在单模波导中导波模只有基模其余展开分量全部转变成耦合损失所以为减小耦合损失应尽量使入射光束的形状与波导基模的形状相同
参考文献： [1] 廖延彪.光纤光学，清华大学出版社，2000，3 [2] 刘德明，向清，黄德修.光纤光学，国防工业出版社，1999 [3] 马军山.光纤通信技术，人民邮电出版社，2004
第24页/共95页
分析思路
第25页/共95页
1、光纤介质的特性
响应的局部性 各向同性 线性 均匀 无损
第26页/共95页
2、光纤中麦克斯韦方程组
玻璃光纤中传导电流J =0，电导率σ=0 ；无自由电荷ρ =0，所以光纤中麦克斯韦方程 组微分形式为：
E B t H D t •D 0 •B 0
s in 2
0
r0 r
2
1 2
自聚焦透镜的折射率服从平方率分布规律：
n2 (r) n2(0)(1 Ar2)
z
z0
n(r0 ) cosz (r0 )
n(0) A
sin1
n(0) Ar
n2 (0) n2 (r0 ) cos2 z (r0 )
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解法 1、将测微目镜视为放大 tg 仪 250 ＝ ＝ tg 眼 f tg 仪 ＝ tg 1 0 镜，其视放大率为
又
tg 眼 ＝
y 250
y 250 tg 眼 ＝ f tg 仪 ＝ 8 . 25 10 4 mm l f
Δl F f′ Δα
9、某人带着 250度的近视眼镜，此人的远点距 离等于多少？眼镜的焦距等于多少？
解：由题意知 250 度的近视眼视度 SD 2 .5 1 由 SD 得： l 0 .4 m l 即远点距离为眼前 0 .4 m 处。 注意视度 由透镜的成像公式 l 0 .4 , l f 0 .4 m 即眼镜的焦距为 400 mm 1 1 1 l l f
8 、欲分辩 0.0005mm 长的微小物体，求显微镜的 放大率，如果采用 8×目镜，则物镜的放大率等 于多少？
0.0005 解：人眼观察 0.0005 mm 长的物体，其对应视角 为： tg眼 ＝ 250 人眼的视角分辨率为 60 ，即使 tg仪 ＝ 60 tg 60 1 由此得显微镜的视放大 率 ＝ 仪 ＝－ ＝ 145 .6 － 6 tg眼 210 206000 即显微镜的放大率应高 于 146 。 采用 8倍目镜时，由显微镜视 放大率公式 ＝ 物 得： 目 146 ＝ 18 .2 8 即使用一个 25 倍的物镜就足够了。
解法 2 ：利用望远镜原理图及 参量关系 y y tg 目＝ 目 400 f目 y物 y tg － ＝－ 目 f物 2000
y目 －ω´
f物 tg 2000 ＝－ ＝－ 5 tg f目 400
f物′
－f目
ω
用眼睛直接观察视角为 : tg眼＝
y l y l
tg 仪
7、当使用望远镜观察时，感觉目标和我们的距离缩短了， 这是为什么？
望远系统的特点：
1、望远系统的垂轴放大率、轴向放大率都与共轭面的位 置无关,入射光线可以看作是从一定高度的任意物平面上 发出，也就是与物像的远近无关。 2、视放大率与角放大率相等，感觉目标与我们的距离近 了，也就是视角被放大了 问题1、望远镜将物体放大了，大的物体感觉近。 问题2、望远镜将物体成像在物镜的焦平面上，我们看 到的是前移了的像。
使用望远镜观察 2km 处的物体视角为： tg仪＝ 要求都能看清，即 tg仪＝tg眼 y y y l 2000 5 l l y l 400 虽然结果相同，但 l的意义不明确。
4 、焦距仪上的测微目镜焦距 f′＝ 17mm ，使用 叉丝对准。问瞄准误差等于多少？
光学-第三章习题
1、当进入已经开演的电影院时，看不清周围的人和座位，
为什么过一会就能够看清楚了，当白天走出电影院时，感到光 线特别强，这是为什么？
主要原因是因为虹彩扩展和缩小不及时 造成的。 基本和眼睛焦距的变化无关。 注意眼睛保护
2、对正常人来说，观察前方1m远的物体，问眼 睛需要调节多少视度
6 、经纬仪望远镜的放大率Г＝20×，使用夹线 瞄准，问瞄准角误差等于多少？
解 tg 眼 tg 仪 ＝ 0 .5 即瞄准角误差约为 0 .5。
提醒：叉丝、夹线眼睛对准精度10″ 视放大率符号为Г ，不能写成γ
tg 仪
为负值
眼镜焦距等于远点距离
10 、望远系统的视度调节范围为 ±5视度，目镜 的焦距为25mm，求目镜的总移动量。
＝ 解：由已知条件 SD 5 ， f目 25 mm 根据移动量公式得：
2 SD f目 X＝－ ＝ 3.125 mm 1000 即目镜的总移动量为 6.35 mm 。
求的是总移动 量
250 解： 目镜的放大率为 ＝ ＝ 10 目 f目 ＝ f目 25 mm 又 ＝ 物 总 目 ＝ 40 10 ＝ 400 总 即目镜的焦距为 25 mm ，显微镜总放大率为 400 倍。
放大镜和显微镜目镜的视放大率均为正，显微镜的物 镜垂直放大率是负值。
物 ＝
注意符号：ω仪 ω眼符号相反；物镜倍数16×以上是25×。
方法2、 用人眼的分辨率极限线度来除以实际线度，也可 以得到放大率。但要注意人眼分辩极限0.006mm，是 视网膜上的像距离，应该折算成对明视距离上物体的 分辩极限线度。 这个线度大约0.1mm左右（250tg60″＝0.073）。
解法 2、瞄准误差约为 1 0
1 l 1 0 17 8 . 25 10 4 mm 206000 即、瞄准误差约为 0 . 825 um 。
5 、显微镜目镜的放大率 Г ＝10×，它的焦距等于多 少？设物镜的放大率为40×，求显微镜的总倍率。
11 、炼钢炉的炉堂到观察窗的距离为 1m ，为了便于清楚地 观察炉内情况，要求采用一个视放大率为 4×的仪器，问系 统应如何设计？假定目镜的焦距为f目′＝25mm，求物镜的焦 距？ 解：对有限远的物体观察，首先不应是望远系统，其次显微 系统仅适应于对明视距离物体观察，此设计也不能用，不能 直接应用公式。
应用视度公式就可以了
1 1 SD 1 l 1
注意符号，这里是-1
3、假定用眼睛直接观察敌人的坦克时，可以在400m
的距离上看清坦克上的编号，如果要求距离2km也能看 清，问应使用几倍的望远镜?
解：眼睛直接观察的最 小视角为 : y tg ＝0.0003 ( rad ) l 如果观察 2km 处的同一个物体，则视 角为： y 0.0003 400 0.00006 l 2000 要求都能看清，也就是 要求望远镜的视放大率 tg仪 tg 0.0003 ＝ ＝ ＝5 tg眼 tg 0.00006 tg ＝
又
tg 眼 ＝
y 250
y 250 tg 眼 ＝ f tg 仪 ＝ 8 . 25 10 4 mm l f
Δl F f′ Δα
9、某人带着 250度的近视眼镜，此人的远点距 离等于多少？眼镜的焦距等于多少？
解：由题意知 250 度的近视眼视度 SD 2 .5 1 由 SD 得： l 0 .4 m l 即远点距离为眼前 0 .4 m 处。 注意视度 由透镜的成像公式 l 0 .4 , l f 0 .4 m 即眼镜的焦距为 400 mm 1 1 1 l l f
8 、欲分辩 0.0005mm 长的微小物体，求显微镜的 放大率，如果采用 8×目镜，则物镜的放大率等 于多少？
0.0005 解：人眼观察 0.0005 mm 长的物体，其对应视角 为： tg眼 ＝ 250 人眼的视角分辨率为 60 ，即使 tg仪 ＝ 60 tg 60 1 由此得显微镜的视放大 率 ＝ 仪 ＝－ ＝ 145 .6 － 6 tg眼 210 206000 即显微镜的放大率应高 于 146 。 采用 8倍目镜时，由显微镜视 放大率公式 ＝ 物 得： 目 146 ＝ 18 .2 8 即使用一个 25 倍的物镜就足够了。
解法 2 ：利用望远镜原理图及 参量关系 y y tg 目＝ 目 400 f目 y物 y tg － ＝－ 目 f物 2000
y目 －ω´
f物 tg 2000 ＝－ ＝－ 5 tg f目 400
f物′
－f目
ω
用眼睛直接观察视角为 : tg眼＝
y l y l
tg 仪
7、当使用望远镜观察时，感觉目标和我们的距离缩短了， 这是为什么？
望远系统的特点：
1、望远系统的垂轴放大率、轴向放大率都与共轭面的位 置无关,入射光线可以看作是从一定高度的任意物平面上 发出，也就是与物像的远近无关。 2、视放大率与角放大率相等，感觉目标与我们的距离近 了，也就是视角被放大了 问题1、望远镜将物体放大了，大的物体感觉近。 问题2、望远镜将物体成像在物镜的焦平面上，我们看 到的是前移了的像。
使用望远镜观察 2km 处的物体视角为： tg仪＝ 要求都能看清，即 tg仪＝tg眼 y y y l 2000 5 l l y l 400 虽然结果相同，但 l的意义不明确。
4 、焦距仪上的测微目镜焦距 f′＝ 17mm ，使用 叉丝对准。问瞄准误差等于多少？
光学-第三章习题
1、当进入已经开演的电影院时，看不清周围的人和座位，
为什么过一会就能够看清楚了，当白天走出电影院时，感到光 线特别强，这是为什么？
主要原因是因为虹彩扩展和缩小不及时 造成的。 基本和眼睛焦距的变化无关。 注意眼睛保护
2、对正常人来说，观察前方1m远的物体，问眼 睛需要调节多少视度
6 、经纬仪望远镜的放大率Г＝20×，使用夹线 瞄准，问瞄准角误差等于多少？
解 tg 眼 tg 仪 ＝ 0 .5 即瞄准角误差约为 0 .5。
提醒：叉丝、夹线眼睛对准精度10″ 视放大率符号为Г ，不能写成γ
tg 仪
为负值
眼镜焦距等于远点距离
10 、望远系统的视度调节范围为 ±5视度，目镜 的焦距为25mm，求目镜的总移动量。
＝ 解：由已知条件 SD 5 ， f目 25 mm 根据移动量公式得：
2 SD f目 X＝－ ＝ 3.125 mm 1000 即目镜的总移动量为 6.35 mm 。
求的是总移动 量
250 解： 目镜的放大率为 ＝ ＝ 10 目 f目 ＝ f目 25 mm 又 ＝ 物 总 目 ＝ 40 10 ＝ 400 总 即目镜的焦距为 25 mm ，显微镜总放大率为 400 倍。
放大镜和显微镜目镜的视放大率均为正，显微镜的物 镜垂直放大率是负值。
物 ＝
注意符号：ω仪 ω眼符号相反；物镜倍数16×以上是25×。
方法2、 用人眼的分辨率极限线度来除以实际线度，也可 以得到放大率。但要注意人眼分辩极限0.006mm，是 视网膜上的像距离，应该折算成对明视距离上物体的 分辩极限线度。 这个线度大约0.1mm左右（250tg60″＝0.073）。
解法 2、瞄准误差约为 1 0
1 l 1 0 17 8 . 25 10 4 mm 206000 即、瞄准误差约为 0 . 825 um 。
5 、显微镜目镜的放大率 Г ＝10×，它的焦距等于多 少？设物镜的放大率为40×，求显微镜的总倍率。
11 、炼钢炉的炉堂到观察窗的距离为 1m ，为了便于清楚地 观察炉内情况，要求采用一个视放大率为 4×的仪器，问系 统应如何设计？假定目镜的焦距为f目′＝25mm，求物镜的焦 距？ 解：对有限远的物体观察，首先不应是望远系统，其次显微 系统仅适应于对明视距离物体观察，此设计也不能用，不能 直接应用公式。
应用视度公式就可以了
1 1 SD 1 l 1
注意符号，这里是-1
3、假定用眼睛直接观察敌人的坦克时，可以在400m
的距离上看清坦克上的编号，如果要求距离2km也能看 清，问应使用几倍的望远镜?
解：眼睛直接观察的最 小视角为 : y tg ＝0.0003 ( rad ) l 如果观察 2km 处的同一个物体，则视 角为： y 0.0003 400 0.00006 l 2000 要求都能看清，也就是 要求望远镜的视放大率 tg仪 tg 0.0003 ＝ ＝ ＝5 tg眼 tg 0.00006 tg ＝