大学物理光学课件

合集下载

2024大学物理课件光学篇

•光的本质与传播•几何光学基础•波动光学初步•量子光学简介•激光技术与应用•光纤通信技术基础光的本质与传播光的波粒二象性01波动性质光具有干涉、衍射等波动特有的现象，表明光是一种波动。

02粒子性质光电效应等现象揭示了光的粒子性，即光由一份一份不连续的能量组成，称为光子。

03波粒二象性的统一光既具有波动性又具有粒子性，二者在不同条件下表现出来。

光的传播速度与介质关系真空中的光速01在真空中，光的传播速度最快，约为3×10^8米/秒。

介质中的光速02光在不同介质中的传播速度不同，一般比在真空光的反射与折射定律反射定律01入射光线、反射光线和法线在同一平面内；入射光线和反射光线分居法线两侧；入射角等于反射角。

折射定律02入射光线、折射光线和法线在同一平面内；入射光线和折射光线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即sinθ1/sinθ2=n2/n1（其中n1和n2分别为两种介质的折射率）。

全反射现象03当光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于或等于临界角时，会发生全反射现象。

光的偏振现象自然光与偏振光自然光在各个振动方向上的光强相同，而偏振光则只在某一特定方向上振动。

偏振片的起偏与检偏作用偏振片可以将自然光转变为偏振光，也可以用来检测偏振光。

光的双折射现象当光射入某些晶体时，会发生双折射现象，即分解成两束振动方向互相垂直的偏振光。

几何光学基础03光线与光束的区别与联系光线是理想化的模型，而光束是实际存在的；光束由无数光线组成，而光线是光束的抽象表示。

01光线定义光线是表示光的传播方向和路径的几何线，它代表能量传播的方向。

02光束概念光束是由许多光线组成的集合，具有一定的截面形状和发散角。

光线与光束概念透镜成像基本原理透镜通过改变光线的传播方向来实现成像，遵循光的折射定律。

透镜成像规律物体在透镜前不同位置时，成像位置、大小、虚实等规律。

透镜类型及特点包括凸透镜和凹透镜，分别具有会聚和发散作用。

《大学物理》第十二章光学

位置 (提示:作为洛埃镜干涉分析)
h
结束返回
解：
=a
acos2
+
2
=
2asin2
=
2
asin =h
sin =4h
a 2
h
结束返回
12-5 一平面单色光波垂直照射在厚度均匀的薄油膜上，油膜覆盖在玻璃板上，所用单色光的波长可以连续变化，观察到 500nm与700nm这两个波长的光在反射中消失，油的折射率为 1.30，玻璃的折射率为1.50。试求油膜的厚度。
第二级明纹的宽度为
Δx
´=
Δx 2
=2.73 (mm)
结束返回
12-15 一单色平行光束垂直照射在宽为 1.0mm 的单缝上，在缝后放一焦距为 20m的会其透镜，已知位于透镜焦面处的屏幕上的中央明条纹宽度为2.5mm。求入射光波长。
结束返回
解：
=
aΔx 2D
=
1.0×2.5 2×2.0×103
sinj
=
k (a+b)
sin =0.1786k-0.5000
在 -900 < j < 900 间，
对应的光强极大的角位置列表如下：
k
sinj j
k
sinj j
0
-0.500 -300
1
2
-0.3232 -0.1464
-18051’ -8025’
3
4
0.0304 0.2072
1045’ 11057’
结束返回
12-22 一光栅，宽为2.0cm，共有
6000条缝。如用钠光(589.3nm)垂直入射，
中央明纹的位置? 共有几级？如钠光与光

大学物理光学课件 (PDF格式)

k=+2 k=+1
2.干涉明暗条纹的位置 2.1 波程差的计算
p
1
x
d δ
θ
r
·x
x
r
2
o D
S*
S1 *
k= 0
I
设实验在真空（或空气）中进行，则波程差为：
S2 *
k=-1 k=-2
δ = r2 − r1 ≈ d sin θ ≈ d tg θ = d ⋅
x D
2.2 明暗条纹条件
δ = r2 −r1 ≈d sinθ ≈ d tgθ = d ⋅
r
B
(4)
E
(5)
,条纹的移动： k一定, e ↑ → i ↑ → rk 膜厚变化时, • 膜厚变化时：波长对条纹的影响： • 波长对条纹的影响
k, e 一定, λ ↑ → i ↓→ rk ↓
利用薄膜干涉使反射光减小，这样的薄膜称为增透膜。
2 、多层高反射膜
H L H ZnS MgF 2 ZnS MgF 2
AD = AC sin i
δ = 2 n2 AB − n1 AD +
P Q
sin i n2 = sin r n1
n1 n2 n2 > n1
e λ = 2n2 ⋅ − n1 ⋅ 2e ⋅ tan r sin i + cos r 2
= 2e λ ( n − n sin r sin i ) + cos r 2 1 2 2e sin i λ = ( n − n sin 2 r )+ cos r 2 1 sin r 2
2 2 = 2e n2 2 − n1 sin i + λ / 2
δ = 2 n 2 AB − n1 AD + λ 2

《大学物理课件：光学篇》

大学物理课件：光学篇
这是一份关于光学的大学物理课件，将带你探索光的本质与特性，光波与光粒子，光的传播规律，光的反射与折射以及物体成像原理等等内容。
光的本质与特性
波粒二象性
光既可以表现出波动性，也可以表现出粒子性。
速度与频率关系
光在介质中传播速度与频率有着密切的关系。
吸收、反射和折射
光在与物质相互作用时会发生吸收、反射和折射。
光的色散
不同频率的光在介质中传播速度不同，导致光发生色散现象。
光的传播规律
1
直线传播
光在均匀介质中沿直线传播。
2
光的衍射
光通过孔隙或遇到边缘时发生衍射现象。
3
光的干涉
两束相干光叠加会产生干涉现象。
Hale Waihona Puke 光的反射与折射反射定律折射定律全反射光密介质与光疏介质
光线从界面上反射时，入射角等于反射角。
凸透镜
凹透镜能够使光线发散，产生减弱的、直立的虚像。凸透镜能够使光线汇聚，产生放大的、倒立的实像。
光干涉、衍射和偏振
光的干涉
光的干涉是两束光叠加产生明暗条纹的现象。
光的衍射
光通过物体或孔隙时改变传播方向和波前形状。
光的偏振
光的偏振是指光中的振动方向只沿特定方向进行的现象。
阿贝理论和光学仪器
光电子学基础
光电子学研究光与电子的相互作用，包括光电效应、光电二极管和光电倍增管等。
光学材料和光学设计
光学玻璃
光学玻璃具有良好的光学性能，用于制造透镜、棱镜和光学器件。
半导体材料
半导体材料在光电子领域广泛应用，例如激光器和光敏器件。
光学设计
光学设计利用光的传播规律和光学元件进行非常精确的光学系统设计。

《大学物理光学》PPT课件

3
光学仪器的发展趋势随着光学技术的不断发展，光学仪器正朝着高精度、高灵敏度、高分辨率和自动化等方向发展。
03
波动光学基础
Chapter
波动方程与波动性质
波动方程
描述光波在空间中传播的数学模型，包括振幅、频率、波长等参现象，是波动光学的基础。
偏振现象及其产生条件
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以研究光的衍射规律。
光的反射与折射现象
光的反射
光在两种介质的分界面上改变传播方向又返回原来介质中的现象。反射定律：反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。
光的折射
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。折射定律：折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧，折射角与入射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
了解干涉条纹的形成和特点。
衍射光栅测量光谱线宽度
03
使用衍射光栅测量光谱线的宽度，掌握衍射光栅的工作原理和
测量方法。
量子光学实验项目注意事项
单光子源的制备与检测了解单光子源的概念、制备方法及其检测原理，注意实验过程中的光源稳定性、探测器效率等因素对实验结果的影响。
量子纠缠态的制备与观测熟悉量子纠缠态的基本概念和制备方法，掌握纠缠态的观测和度量方法，注意实验中的环境噪声、探测器暗计数等因素对纠缠态的影响。

大学物理第5版课件第11章光学

1
M1 n1 n2
M2 n1
L 2
iD
3
A C

B
E
45
P
d
第十一章光学
35
物理学
第五版
Δ32

n2
( AB

BC)

n1 AD

2
AB BC d cos γ
AD ACsin i
n2 n1
L
2
P
2d tan sini
1
iD 3
M1 n1 n2
A
C
d
M2 n1
B
C
d
M2 n1
B
E
45
注意：透射光和反射光干涉具有互补性，符合能量守恒定律.
第十一章光学
38
物理学
第五版
当光线垂直入射时 i 0
当 n2 n1 时
Δr

2dn2

2
当 n3 n2 n1 时
Δr 2dn2
第十一章光学
n1 n2 n1
n1 n2
n3
39
物理学
第五版
四了解衍射对光学仪器分辨率的影响.
五了解 x 射线的衍射现象和布拉格公式的物理意义.
第十一章光学
7
物理学
第五版
光的偏振
11-0 教学基本要求
一理解自然光与偏振光的区别.
二理解布儒斯特定律和马吕斯定律.
三了解双折射现象.
四了解线偏振光的获得方法和检验方法.
第十一章光学
8
物理学
第五版
第十一章光学

大学物理课件光学

如量子密钥分发、量子隐形传态等。
超快激光技术及应用领域
超快激光技术的发展历程
从纳秒到飞秒，再到阿秒的超快激光脉冲的产生和应用。
超快激光技术的应用领域
包括超快光谱学、超快化学动力学、超快生物医学成像等。
超快激光技术的挑战与前景
如提高脉冲能量、压缩脉冲宽度、拓展应用领域等。
纳米光子学及前景展望
纳米光子学的基本概念
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
布儒斯特角
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。
03 光的折射定律
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧，且折射角与入射角满足一定的关系。
波动光学基础
光的干涉现象
当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，其振幅相加而产生的光强分布现象。干涉现象表明
了光具有波动性。
光的衍射现象
光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会偏离直线传播路径而绕到障碍物后面继续传播的现象。衍射现象也是光波动性的表现。
衍射法测波长实验原理及操作过程
实验原理
当单色光通过单缝或小孔时，会发生衍射现象，形成明暗相间的衍射条纹。通过测量衍射角或衍射条纹间距，可以计算出单色光的波长。

《大学物理光学》PPT课件 (2)

• 注意区分：
界面；入射面；振动面
n1
E P 光矢量的p分量-平行于入射面振动 n2
E S 光矢量的s分量-垂直于入射面振动
i1 i1'
i2
r—是在界面上的任一点的位置矢量。
图1.2-3 光在两种介质分界面上的反射与折射
1 波动光学基础
1.5.1 光在介质界面的反射与折射
E1s E1's E2s
A 1 s e i ( k x 1 r p t ) A ] 1 's [ e i ( k x 1 ' r p 1 't ) A ] 2 [ s e i ( k x 2 r p 2 t )] [
１． 1 1' 2
２．
k1rk1 ' rk2r
(k1' k1) r 0 (k2 k1) r 0
1、rp、r
均为复数
s
rp rs 1, RP RS 1
S 0 p,P 0 p 2、1 C时，s p 0,不改变偏振态 1 C时，s p 0 p，改变偏振态
二、倏逝波
1、等幅面是平行于界面的平面，等相面是垂直于界面的平面。
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。
R
wp
0
0
30
1.5.5 反射光与透射光的半波损失（相位突变）
结论： ① 自然光自疏（快）介质向密（慢）介质入射时，反射光相对入射光存在半波损失（p 相位突变），反之不存在。
② 透射光在任何情况下都不存在半波损失。
1 波动光学基础
1.5.6 全反射现象与应用
1.5.6 全反射现象与应用
• 一、反射系数及反射相移

2024版物理光学ppt课件

物理光学ppt课件•光的波动性质•几何光学基础•物理光学器件•光的量子性质目•现代光学技术•物理光学实验录01光的波动性质干涉是指两束或多束光波在空间某些区域相遇时，相互作用产生加强或减弱的现象；其原理是光波的叠加原理。

定义与原理两束光波频率相同、振动方向相同、相位差恒定。

产生条件杨氏双缝干涉实验、薄膜干涉等。

应用举例定义与原理衍射是指光波在传播过程中，遇到障碍物或穿过小孔时，偏离直线传播路径的现象；其原理是光波的绕射能力。

产生条件障碍物或小孔的尺寸与光波长相近或比光波长小。

应用举例单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射等。

偏振是指光波在传播过程中，振动方向只限于某一固定方向的现象；其原理是光波的横波性质。

定义与原理产生条件应用举例光波通过偏振片或反射、折射等过程。

偏振片的应用、偏振光的干涉等。

030201光的波动理论认为光是一种波动的物质，具有干涉、衍射等波动特性。

认为光是一种电磁波，具有电场和磁场交替变化的特点。

认为光是由一份份能量子组成的，即光子，具有粒子性。

认为光既具有波动性又具有粒子性，二者是统一的。

光的波动说光的电磁理论光的量子理论光的波粒二象性02几何光学基础表示光传播方向的几何线，常用带箭头的直线表示。

光线定义由许多光线组成的集合，表示光的传播路径和范围。

光束定义光束由无数条光线组成，光线是光束的组成部分。

光线与光束的关系光线与光束光的反射定律反射定律内容入射光线、反射光线和法线在同一平面内，入射光线与反射光线分居法线两侧，入射角等于反射角。

反射定律应用解释镜面反射、漫反射等现象，是光学仪器设计的基础。

光的折射定律折射定律内容入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

折射定律应用解释光的折射现象，如透镜、棱镜等对光的偏折作用。

成像原理光线通过透镜后发生折射，根据折射定律和透镜形状形成不同的像。

透镜类型凸透镜和凹透镜，分别具有会聚和发散作用。

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

大学物理光学部分ppt

薄膜的最小厚度对应 k 0 ，所以 emin 4n
在镀膜工艺中，常把 ne 称为薄膜的光学厚度，镀膜时控制厚度e，使膜的光学厚度等于入射光波长的1/4。
注意: 一定的膜厚只对应一定波长的单色光，照相机镜头常
取 550 n黄m绿光
来计算镀膜的厚度。在白光
下观看此薄膜的反射光，因缺少黄绿色光而表面呈蓝紫色。
相对光强 I E 2 E是电场强度振幅
2、光源
光是原子或分子的运动
状态变化时辐射出来大量处的于激发态的原子自发地跃迁到低激发态或基态时就辐射电磁波（光波）。
- 1.5 e V - 3.4 e V
波列
- 13.6 e V 氢原子的发光跃迁
原子发光的特性
间歇性每个原子或分子的辐射是断续的、无规则的，每
1 m . 若第 1 级明纹到第 4 级明纹的距离为 7.5 mm ，求光波波长。
解 d 0.2 mm
D 1m
x D
d
r2
P
s1
d
r1
o
s2
D
x 7.5 2.5 mm 3
所以 d x 500 nm
D
例2 用云母片（ n = 1.58 ）覆盖在杨氏双缝的一条缝上，
这时屏上的零级明纹移到原来的第 7 级明纹处。若光波波长为 550 nm ，求云母片的厚度。
§10.1 光的相干性
1、光的电磁理论要点
光速
光波是电磁波, 电磁波在真空中的传播速度
c
1
00
, 介质中 v
c
r r
而
c n v
rr
可见光的波长范围
400 nm — 760 nm
1 nm =10-9 m