南理工物理光学02-05
中学物理教材分析-光学
光学的发展历程
01
02
03
古典光学时期
从古希腊到文艺复兴时期， 主要研究光的本性和传播 规律。
近代光学时期
从17世纪到19世纪，主要 研究光的干涉、衍射和偏 振现象。
现代光学时期
从20世纪至今，主要研究 光与物质相互作用、光子 学和光学信息处理等领域。
激光武器
利用高能激光束摧毁或损伤目标，具有速度快、精度高、抗干扰能 力强等优点。
光学制导
利用光学原理对导弹或炸弹进行精确制导，提高命中率。
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如全息照相、电子显微镜等光学仪器都是 利用光的衍射原理制成的。
06 光学在现代科技中的应用
光学在通信领域的应用
光纤通信
利用光导纤维传输信号，具有传输容量大、保密 性好、损耗低等优点。
可见光通信
利用可见光波段进行信息传输，具有传输速度快、 抗干扰能力强等优势。
自由空间光通信
利用大气激光传输信息，适用于短距离高速通信。
焦距
透镜对平行光的折射汇聚 点称为焦点，透镜中心到 焦点的距离称为焦距。
光路图
透镜光路图是描述光线 通过透镜的折射和反射
过程的示意图。
应用
放大镜、眼镜、相机镜 头等。
反射镜
种类
平面镜、凹面镜、凸面镜等。
反射定律
光线在反射镜上的反射遵循入 射角等于反射角的定律。
光路图
反射镜光路图是描述光线通过 反射镜的反射过程的示意图。
05 光学实验与现象
折射实验
折射现象
当光线从一种介质进入另一种介质时，由于速度 的改变而发生方向的改变，这就是折射现象。
光学工程-南京理工大学研究生院
光学工程Optical Engineering（领域代码：085202）一、培养目标光学工程领域全日制工程硕士培养基础扎实、素质全面、工程实践能力强，并具有一定的创新能力的应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才。
具体要求为：1、在思想上应拥护党的基本路线和方针政策，热爱祖国，遵纪守法，具有良好的职业道德和敬业精神，具有科学严谨和求真务实的学习态度和工作作风。
2、在业务上应掌握光学工程领域较坚实的基础知识，宽广的专门知识，以及必要的管理知识；掌握解决光学工程领域工程问题的先进方法和现代技术手段；具有独立从事科学研究、项目开发、工程设计和工程管理的能力；能够承担解决光学工程领域及其相关技术中的工程实际问题。
3、掌握一门外国语，较熟练地查阅本领域的国内外科技资料和文献，了解本领域的技术现状和发展趋势。
二、学制和学分全日制工程硕士研究生实行为以两年半为主的弹性学制，原则上不超过五年。
工程硕士生学习计划总学分不得少于80学分，其中课程学习不少于34学分，专业实践15学分，论文选题开题1学分，学位论文30学分。
三、研究方向光学工程领域是一个口径宽、覆盖面广、知识与技术密集，覆盖光电子技术与光子学技术、光电信息技术与工程、光学仪器及技术等多个工程技术领域，是信息社会的支柱性工程领域。
本领域主要研究方向有：1、光电子技术与光子学技术2、光电信息技术与工程3、光学仪器及技术四、培养方式1、采用课程学习、实践教学与学位论文相结合的培养方式。
2、课程学习和实践教学实行学分制。
鼓励工程硕士研究生到合作单位进行专业实践，可采取集中实践和分段实践相结合的方式，实践教学原则上在半年以上。
五、课程设置课程学习总学分应不少于34学分，具体设置及要求详见工程领域课程设置表。
六、专业实践专业实践注重培养研究生了解光学工程领域现实技术水平及企业运作的管理方式，通过参加实际课题的研究或企事业的具体工作，培养研究生发现问题、解决工程技术问题及管理问题的能光学工程领域课程设置表力，提高专业素养及就业创业能力。
物理光学
3.4.2光源非单色性的影响 3.4.3两相干光波振幅比的影响
3.5.1互相干函数和复相干度 3.5.2时间相干度 3.5.3空间相干度
3.6.1条纹的定域 3.6.2等倾条纹 3.6.3圆形等倾条纹 3.6.4透射光条纹
3.7.1定域面的位置及定域深度 3.7.2楔形平板产生的等厚条纹 3.7.3等厚条纹的应用
5.1惠更斯-菲 涅耳原理
2
*5.2基尔霍夫 衍射理论
3 5.3菲涅耳衍
射和夫琅禾费 衍射
4 5.4矩孔和单
缝的夫琅禾费 衍射
5
5.5圆孔的夫 琅禾费衍射
5.6光学成像系统的 衍射和分辨本领
*5.7双缝夫琅禾费 衍射
5.8多缝夫琅禾费衍 射
5.9衍射光栅
*5.11直边的菲涅 耳衍射
5.10圆孔和圆屏的 菲涅耳衍射
5.10.1菲涅耳衍射 5.10.2菲涅耳波带法 5.10.3圆孔衍射图样 5.10.4圆屏的菲涅耳衍射 5.10.5菲涅耳波带片
5.11.1菲涅耳积分及其图解 5.11.2半平面屏的菲涅耳衍射 5.11.3单缝菲涅耳衍射 5.11.4矩孔菲涅耳衍射
5.12.1什么是全息照相 5.12.2全息照相原理 5.12.3全息照相的特点和要求 5.12.4全息照相应用举例
2.1两个频率 1
相同、振动方 向相同的单色 光波的叠加
2
2.2驻波
3 2.3两个频率
相同、振动方 向互相垂直的 光波的叠加
4 2.4不同频率
的两个单色光 波的叠加
5
2.5光波的分 析
2.1.1代数加法 2.1.2复数方法 2.1.3相幅矢量加法
2.2.1驻波的形成 2.2.2驻波实验
2.3.1椭圆偏振光 2.3.2几种特殊情况 2.3.3左旋和右旋 2.3.4椭圆偏振光的强度 2.3.5利用全反射产生椭圆和圆偏振光
大学物理光学部分总结
薄膜干涉
光波在薄膜表面反射和透射时产 生的干涉现象，常用于增反膜和 增透膜的设计。
光的衍射现象
单缝衍射
光波通过一个狭窄的缝隙时，会在屏 上产生明暗相间的衍射条纹。
圆孔衍射
光波通过一个圆孔时，会在屏上产生 明亮的中心和逐渐减弱的衍射条纹。
吸收光谱
物质对不同波长的光的吸收程度 不同，形成了物质的吸收光谱。 通过对吸收光谱的分析，可以了 解物质的组成和性质。
吸收系数
物质对光的吸收能力可以用吸收 系数来表示，吸收系数越大，表 示物质对光的吸收能力越强。
光散射
光的散射现象
当光通过物质时，由于物质中微粒的散射作用，光发生散射现象，散射光的强度和方向 与入射光的波长、微粒的大小和形状有关。
3
光的相干性
同频率、同方向、同相位的光波具有相干性。
光的传播
反射定律
光在平滑界面上按特定角度反射 。
折射定律
光在不同介质间传播时，传播方向 发生变化。
光速
光在真空中的速度是一个恒定的值 ，不随光源或观察者的运动而改变 。
光的干涉
干涉现象
两束或多束相干光波在空间某一点叠加，产生明 暗相间的干涉条纹。
光与物质相互作用时，光作为粒子，其能量与物质中的电子相互作 用，引起电子的跃迁和能级变化，从而改变物质的状态。
光的波粒二象性
光既具有波动性又具有粒子性，在光与物质相互作用时，表现出不同 的性质和效果。
光吸收
光的吸收定律
当光通过物质时，物质吸收光能 并转化为热能或其他形式的能量 ，光的强度随传播距离的增加而 逐渐减弱。
光的偏振现象
华南理工大学物理光学习题
ห้องสมุดไป่ตู้
一衍射光栅，每厘米 200 条透光缝，每条透光缝宽为 a=2×10-3 cm，在光栅 后放一焦距 f=1 m 的凸透镜，现以=600 nm (1 nm=10 9 m)的单色平行光垂直照 射光栅，求： (1) 透光缝 a 的单缝衍射中央明条纹宽度为多少？ (2) 在该宽度内，有几个光栅衍射主极大（亮纹）？ 解：(1) 当 x<< f 时， tg sin , a x / f = k , a sin = k 取 k= 1 有 tg = x / f
x= f l / a= 0.03 m
∴中央明纹宽度为
x= 2x= 0.06 m
(2)
( a + b) sin k
k ( a＋b) x / (f )= 2.5
取 k = 2，有 k = 0，±1，±2 共 5 个主极大 4. 如图所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两 表面反射的两束光发生干涉，若薄膜的厚度为 e，并且 n1＜n2＞n3，1 为入射光在折射率为 n1 的媒质中的波长， 则两束反射光在相遇点的相位差为 (A) 2n2e / ( n1 1)． (C) [4n2e / ( n1 1) ]+． (C) 5 某种透明媒质对于空气的临界角(指全反射)等于 45°， 光从空气射向此媒质 时的布儒斯特角是 (A) 35.3°． (C) 45°． (E) 57.3°． (D) 6 若一双缝装置的两个缝分别被折射率为 n1 和 n2 的两块厚度均为 e 的透明介 质所遮盖，此时由双缝分别到屏上原中央极大所在处的两束光的光程差＝（） (n1-n2)e 或(n2-n1)e 均可 7 一个平凸透镜的顶点和一平板玻璃接触，用单色光垂直照射，观察反射光形 成的牛顿环，测得中央暗斑外第 k 个暗环半径为 r1．现将透镜和玻璃板之间的空 气换成某种液体(其折射率小于玻璃的折射率)，第 k 个暗环的半径变为 r2，由此 可知该液体的折射率为____________________． (B) 40.9°． (D) 54.7°． ［ ］ (B)[4n1e / ( n2 1)] + ． (D) 4n2e / ( n1 1)． ［ ］ n2 n3 n1
华南理工大学112物理与光电学院2019年硕士研究生拟录取名单公示
光电学院
1.0562E+14 黎嘉杰 112物理与 070205凝聚 全日制 345
光电学院 态物理
1.0562E+14 沈需
112物理与 070207光学 全日制 392
光电学院
1.0562E+14 林泽浩 112物理与 070207光学 全日制 365
光电学院
1.0562E+14 温俊鹏 112物理与 070207光学 全日制 326
光电学院 电子学
1.0562E+14 谢维健 112物理与 08090 1物 全日制 337
光电学院 理电子学
1.0562E+14 王玉荣 112物理与 080901物理 全日制 325
光电学院 电子学
88. 4 85. 92 82. 96 77.8 90. 54 87. 36 84. 38 83. 58 85. 68 83 82. 62 77. 58 80. 78 70. 96
1053394141 彭程
112物理与 07020 1理 全日制 357
124 77
光电学院 论物理
1.0562E+14 陈嘉晨 112物理与 070206声学 全日制 338
光电学院
1.0562E+14 李枚铺 112物理与 070206 声 全日制 336
光电学院 学
1.0562E+14 杨虹金 112物理与 070206声学 全日制 349
光电学院 论物理
1.0488E+14 黄成梓 112物理与 08090 1物 全日制 336
光电学院 理 电子学
1.0488E+14 郑思齐 112物理与 08090 1物 全日制 327
南理工物理光学03-05
2
yi
cos
i 2
2
双光束干涉因子
2
1
cos ( ) 2
单缝衍射因子
y
0.5
0
1
15
0 2
15
sin
双缝衍射光强
2
z 0.5
0
6
ki
5
z ( 4 y )4 i i
3
2
1
0
1
2
3
4
i 2
0
0
50
100
150 i
200
250
3
双光束干涉因子
~ sin (1 e ) ~ sin i i 2 i ( N 1) E0 [1 e e ... e ] E0 1 ei
iN
~ sin eiN / 2 (eiN / 2 eiN / 2 ) E0 i / 2 i / 2 i / 2 e (e e )
i
2
双光束的干涉
该结果可推广到多周 期结构的弗朗和费衍 射场的计算
在x1方向上两个相距为d的平行狭缝在P点产生的复振幅 有一位相差:
kld
2
d sin
双缝内对应点发出的 子波到达P点的位相差
相应的光程差：
d sin
2. 光强分布特点
sin 2 I E E 4I 0 cos ( ) 2
I max N I（ 0
2
y z 10
sin
）
2
f
0
2
0 x 2
2
物理光学讲课课件
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律， 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ，到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象，如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料，如晶体、半导体、有 机材料和光纤等，并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用，如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中，光矢量（即 电场强度矢量E）的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状， 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系，即$I = I_0 cos^2 theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量，应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强，在另一些区域振动 减弱，形成稳定的强弱分布的
2017南京理工光学工程考研资料与专业综合解析——研途宝
研途宝考研/ 2017南京理工光学工程考研资料与专业综合解析——研途宝专业名称、代码：光学工程[080300]专业所属门类、代码：工学（08）所属院系：电光学院光学工程专业介绍：光学工程是一门历史悠久而又年轻的学科。
它的发展表征着人类文明的进程。
它的理论基础--光学，作为物理学的主干学科经历了漫长而曲折的发展道路，铸造了几何光学、波动光学、量子光学及非线性光学，揭示了光的产生和传播的规律和与物质相互作用的关系。
在早期，主要是基于几何光学和波动光学拓宽人的视觉能力，建立了以望远镜、显微镜、照相机、光谱仪和干涉仪等为典型产品的光学仪器工业。
考试科目：[101] 思想政治理论[201] 英语一[301] 数学一819 光学工程820 光电基础845 普通物理B研究方向：01、光电探测与图像工程02、光电信息与混合图像处理03、精密光学测试理论与技术04、红外物理与红外工程05、光电系统设计理论与技术06、光电信号处理与数字视频技术07、光电子信息技术与系统08、光通信与光纤应用技术2017光学工程专业课考研参考书目：《应用光学》张以漠机械工业出版社修订版；《光电子器件》王君容、薛君南国防工业出版社第二版；《光电信号处理》何兆湘华中科技大学出版社第一版；《应用光学与光学设计基础》迟泽英、陈文建东南大学出版社第一版；2017光学工程考研专业课资料：《2017南京理工大学普通物理B考研复习精编》《2017南京理工大学普通物理B考研冲刺宝典》研途宝考研/《2017南理工普通物理B考研模拟五套卷与答案解析》《南京理工大学普通物理（B）2008-2011考研真题试卷（电子版）》专业课资料地址: /zykzl历年考研复试分数线：2014年总分：285，政治/外语：38；业务1/业务2：57；2015年总分：295，政治/外语：40；业务1/业务2：60；【17光学工程考研辅导】2017南京理工大学考研高端保录班2017南理工专业课考研无忧通关班2017南京理工大学专业课考研一对一班2017南理工专业课考研面授集训班南理工光学工程考研经验与技巧分享（15高分学长）又是一年考研时，回首往事，我可以理解通过初试，焦急的准备复试的学弟、学妹的心情，尤其是对于外校的考研生。
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 sin2αλ=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30mm ，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。
2-8. 如图所⽰的尖劈形薄膜，右端厚度h 为0.005cm ，折射率n = 1.5，波长为0.707m µ的光以30°⾓⼊射到上表2-1题⽤图2-2题⽤图2-7题⽤图2-8题⽤图⾯，求在这个⾯上产⽣的条纹数。
物理光学-第五章-光的色散
在不同介质中，光的折射率随波长变化，导致不同颜色光传播
速度不同，从而发生色散现象。
柯西色散公式
02
描述了折射率与波长之间的定量关系，是理解色散现象的重要
基础。
折射率与温度、压力关系
03
介质折射率还受温度和压力等条件影响，进而影响色散现象。
光线在介质中传播路径分析
1 2
光线折射定律
斯涅尔定律描述了光线在不同折射率介质间传播 时的折射规律。
干涉仪
通过测量干涉条纹的变化，可以精确测量光的波长、折射率等物理 量，是光学精密测量中的重要工具。
显微镜
光的色散现象对显微镜的成像质量有很大影响，因此显微镜的设计和 使用中需要充分考虑色散的影响。
通信技术领域应用前景
波分复用技术
利用光的色散原理，将 不同波长的光信号在同 一光纤中传输，可以大 大提高光纤通信的容量 和效率。
思路。
智能化校正技术
借助计算机技术和光学设计软件， 实现对透镜组合的自动优化设计 和校正，提高色散校正的效率和
精度。
集成化校正技术
将多个透镜或透镜组合集成在一 个光学系统中，通过整体优化设 计和加工，实现对整个系统的色 散校正，提高光学系统的整体性
能。
05 实验方法与技术手段
实验设计思路和步骤安排
偏振现象
反射和折射过程中，光线的偏振状态可能发生改变，导致偏振现 象的产生。
复杂系统中光线传播特性分析
多层膜系统中的光线传播
多层膜系统中，各层膜的折射率不同，导致光线在传播过程中发生多次反射和折射。
光纤中的光线传播
光纤利用全反射原理将光线限制在纤芯内传播，具有低损耗、高带宽等优点。
梯度折射率介质中的光线传播
大学物理课件光学
当X射线或γ射线与物质相互作用时，光子将部分能量转移 给电子，使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进 一步证实了光的粒子性。
02
光的干涉现象及应用
双缝干涉实验及原理
双缝干涉实验装置与步骤
介绍双缝干涉实验的基本装置，包括 光源、双缝、屏幕等，以及实验的操 作步骤。
双缝干涉现象观察
双缝干涉原理分析
光的偏振现象
横波特有的现象，纵波不发生偏振。 光的偏振证明了光是一种横波。
光的量子性描述
光子概念
光是由一份份不连续的能量子组成的，每一份能量子称为 一个光子。光子具有能量ε=hν和动量p=h/λ，其中h为普 朗克常量，ν为光的频率，λ为光的波长。
光电效应 当光照在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并 从金属表面逸出，形成光电流。光电效应实验证明了光的 量子性。
大学物理课件光学
目录
• 光学基本概念与理论 • 光的干涉现象及应用 • 光的衍射现象及应用 • 光的偏振现象及应用 • 现代光学技术与发展趋势 • 实验方法与技巧
01
光学基本概念与理论
光的本质和特性
01 光是一种电磁波
光具有波粒二象性，既可以表现为波动性质，也 可以表现为粒子性质。
02 光速不变原理
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。
物理实验：光学实验
光学实验
汇报人：XX
目录
01 02 03 04 05
光学实验的原理 光学实验的器材 光学实验的操作步骤 光学实验的注意事项 光学实验的案例分析
01
光学实验的原理
光的干涉和衍射
光的干涉：当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时， 产生明暗相间的干涉现象。
光的衍射：光波在传播过程中遇到障碍物时，绕过障碍物 的边缘，使得原本直线传播的光束发生扩散的现象。
实验操作流程
实验准备：检查实验器材是否齐全，调整实验环境 实验操作：按照实验步骤逐步进行，观察并记录实验数据 结果分析：对实验数据进行分析，得出结论 实验总结：总结实验过程中的经验和教训，提出改进意见
数据记录与分析
实验过程中数 据的记录要准
确、完整
实验结束后要 及时整理数据
并进行分析
分析数据时要 关注异常值和
05
光学实验的案例分析
杨氏双缝干涉实验
实验原理：通过 双缝干涉测量光 波长
实验器材：光源、 双缝装置、屏幕 和测量工具
实验步骤：调整 光源和双缝装置 ，观察并记录干 涉条纹
实验结果：根据 干涉条纹计算光 波长
泊松亮斑实验
实验目的：验证光的波动性 实验原理：当单色光照射在泊松亮斑上时，会在阴影区域出现明亮的斑点 实验步骤：将单色光照射在金属板上，通过小圆孔在屏幕上形成光斑，观察光斑的变化 实验结果：在阴影区域观察到明亮的斑点，证明了光的波动性
偏振光实验
• 实验目的：研究光的偏振现象
• 实验原理：利用偏振片使自然光变为偏振光，观察偏振光通过不同介质时的变化
• 实验步骤： a. 准备实验器材：偏振片、光源、透镜、不同种类的介质（如玻璃、水晶等） b. 将自然光 通过偏振片，观察偏振光的变化 c. 让偏振光通过不同介质，观察偏振光的变化 d. 记录实验数据并进行 分析
物理光学PPT课件02.球面波
进一步验证了球面波的理论预测。
衍射实验
衍射实验原理
衍射实验是利用波的衍射现象来验证球面波的存在和性质。当球面波遇到障碍物时，它会 产生衍射现象，通过观察衍射图样可以验证球面波的性质。
实验步骤
首先，需要设置一个球面波源和一个障碍物，使球面波遇到障碍物。然后，通过测量衍射 图样，可以计算出球面波的波长、波速等参数。
球面波的动量是指波所携带的动量，它与波的幅度和波数成 正比，是描述波动现象的另一个重要物理量。
03
球面波的应用
Hale Waihona Puke 光学成像透镜成像球面波在透镜的聚焦作用下，可以形成清晰的实像或虚像，这是光学显微镜、 望远镜等光学仪器的基本原理。
全息成像
全息技术利用球面波的干涉和衍射原理，能够记录并再现物体的三维信息，广 泛应用于光学存储、三维显示等领域。
频谱分析实验
频谱分析实验是利用光谱分析仪来测量球面波的频谱，通过分析频谱可以计算出球面波的波长、波速等参数，进 一步验证了球面波的理论预测。
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波前形状
平面波的波前是平面，而球面波的波 前是球面。
柱面波与球面波的比较
01
02
03
传播方向
柱面波沿垂直于传播方向 的平面扩散，而球面波则 以波源为中心向四周扩散。
波前形状
柱面波的波前是柱面，而 球面波的波前是球面。
能量分布
柱面波在传播过程中能量 分布较为集中，而球面波 的能量随距离增加而减小。
其他复杂波动形式的比较
球面波的传播方向
01
球面波的传播方向与波前的法线 方向一致，即波前的曲率中心为 波的传播方向。
02
在自由空间中，球面波的传播方 向与发射点位置有关，距离发射 点越远，波的传播方向越接近于 直线。
物理(波动)光学试卷
南京理工大学课程考试试卷（学生考试用）第 1 页共 1 页南京理工大学课程考试答案及评分标准南京理工大学课程考试试卷（学生考试用）6. Suppose we spread white light out into a fan of wavelengths by means of a diffraction grating and then pass a small select region of that spectrum out through a slit. Because of the slit, a band of wavelengths 1.2 nm wide centeredDetermine the frequency bandwidth and the coherence length of this light. (7. What is the general expression for the separation of the fringes of a Fresnel biprism of第 1 页共 1 页08A1. Given the wavefunctions 14sin 2(0.23)x t ψπ=-, and 2[sin(7 3.5)]/2.5x t ψ=+, determine in each case the values of (a) frequency, (b)wavelength, (c) period, (d)amplitude, (e)phase velocity, and (f) direction of motion. Time is in seconds and x is in meters. (12 points)2. Write an expression for the E -and B -fields that constitute a plane harmonic wave traveling in the +z-direction. The wave is linearly polarized with its plane of vibration at 450 to the yz -plane. (8 points)3. A 3.0-V flashlight bulb draws 0.25A, converting about 1.0% of the dissipated power into light(550nm λ≈). If the beam has a cross-sectional area of 10cm 2 and is approximately cylindrical, (a) How many photons are emitted per second? (b) How many photons occupy each meter of the beam? (c) What is the flux density of the beam as it leaves the flashlight? (346.62610h J s -=⨯⋅) (9 points)4. A ray of yellow light from a sodium discharge lamp falls on the surface of a diamond in air at 450. If at that frequency 2.42d n =, compute the angular deviation suffered upon transmission. (8 points)5. A beam of light in air strikes the surface of a smooth piece of plastic having an index of refraction of 1.55 at an angle with the normal of 20.00. The incident light has component E-field amplitudes parallel and perpendicular to the plane-of-incidence of 10.0V/m and 20.0V/m, respectively. Determine the corresponding reflected field amplitudes. (10 points)6. A magnetic-field technique for stabilizing a He-Ne laser to 2 parts in 1010 has been patented. At 632.8nm, what would be the coherence length of a laser with such a frequency stability? (8 points)7. An expanded beam of red light from a He-Ne laser (0632.8nm λ=) is incident on a screen containing two very narrow horizontal slits separated by 0.200mm. A fringe pattern appears on a white screen held 1.00m away. (a) How far (in radians and millimeters) above and below the central axis are the first zeros of irradiance? (b) How far (in mm) from the axis is the fifth bright band? (c) Compare these two results. (12 points)8. One of the mirrors of a Michelson Interferometer is moved, and 1000 fringe-pairs shift past the hairline in a viewing telescope during the process. If the device is illuminated with 500-nm light, how far was the mirror moved? (8 points)9. Suppose that we have a laser emitting a diffraction-limited beam (0632.8nm λ=) with a 2-mm diameter. How big a light spot would be produced on the surface of the Moon a distance of 337610km ⨯ away from such a device? Neglect any effects of the Earth ’s atmosphere. (7 points)10. Sunlight impinges on a transmission grating that is formed with 5000 lines per centimeter. Does the third-order spectrum overlap the second-order spectrum? Take red to be 780nm and violet to be 390 nm. (10 points)11. Imagine that we have randomly polarized room light incident almost normally on the glass surface of a radar screen. A portion of it would be specularly reflected back toward the viewer and would thus tend to obscure the display. Suppose now that we cover the screen with a right-circular polarizer, as shown in the Figure. Trace the incident and reflected beams, indicating their polarization states. What happens to the reflected beam? (8 points)08A答案07a1. Consider a lightwave having a phase velocity of 8310/m s ⨯ and a frequency of14610Hz ⨯. What is the shortest distance along the wave between any two points that have aphase difference of 300? What phase shift occurs at a given point in 10-6s, and how many waves have passed by in that time? (12 points)2. The electric field of an electromagnetic wave traveling in the positive x -direction is given by 00ˆE jsin()cos()E z z kx t πω=-, (a) Describe the field verbally. (b) Determine an expression for k . (c) Find the phase speed of the wave. (7 points)3. How many photons per second are emitted from a 100-W yellow lightbulb if we assume negligible thermal losses and a quasi-monochromatic wavelength of 550nm ? In actuality only about 2.5% of the total dissipated power emerges as visible radiation in an ordinary 100-W lamp. (346.62610h J s -=⨯⋅) (8 points)4. A laserbeam impinges on an air-liquid interface at an angle of 550. The refracted ray is observed to be transmitted at 400. What is the refractive index of the liquid? (7 points)5. Light is incident in air perpendicularly on a sheet of crown glass having an index of refraction of 1.522. Determine both the reflectance and the transmittance. (12 points)6. Imagine that we chop a continuous laserbeam (assumed to be monochromatic at0632.8nm λ=) into 0.1-ns pulses, using some sort of shutter. Compute the resultantlinewidth λ∆, bandwidth, and coherence length. Find the bandwidth and linewidth that would result if we could chop at 1015Hz . (8 points)7. With regard to Young ’s Experiment, derive a general expression for the shift in the vertical position of the m th maximum as a result of placing a thin parallel sheet of glass of index n and thickness d directly over one of the slits. Identify your assumptions. (10 points)8. Suppose we place a chamber 10.0cm long with flat parallel windows in one arm of a Michelson Interferometer that is being illuminated by 600-nm light. If the refractive index of air is 1.00029 and all the air is pumped out of the cell, how many fringe-pairs will shift by in the process? (10 points)9. If you peered through a 0.75-mm hole at an eye chart, you would probably notice a decrease in visual acuity. Compute the angular limit of resolution, assuming that it ’s determined only by diffraction; take 0550nm λ=. Compare your results with the value of41.710rad -⨯, which corresponds to a 4.0-mm pupil. (10 points)10. Light having a frequency of 144.010Hz ⨯ is incident on a grating formed with 10000 lines per centimeter. What is the highestorder spectrum that can be seen with this device? Explain. (8 points)11. A Babinet compensator is positioned at 450 between crossed linear polarizers and is being illuminated with sodium light. When a thin sheet of mica (indices 1.599 and 1.594) is placed on the compensator, the black bands all shift by 1/4 of the space separating them. Compute the retardance of the sheet and its thickness. (8 points)1. Solution:814/310/5100.6c m λνμ==⨯⨯= 83/310/60510c km λν==⨯=⨯2. Solution:The number of waves is 0/AB λ. With the glass in place, there are 0()/AB L λ- waves in vacuum and an additional /L λwaves in glass for a total of 00(/)(1/1/)AB L λλλ-. The difference in number is 0(1/1/)L λλ-, giving a phase shift of φ∆ of 2π for each wave; hence , 0002(1/1/)2(/1/)2/22000L L n L πλλπλλπλπ-=-==.3. Solution:(a) The phase angle is retarded by an amount (2/)2/n y y πλπλ∆-∆ or (1)/n y c ω-∆. Thus0exp [(1)//]p E E i t n y c y c ω=--∆- or 0exp[(1)/]exp (/)p E E i n y c i t y c ωω=--∆- (b) Since 1x e x ≈+ for small x, if 1n ≈ of 1y ∆ , exp[(1)/]1(1)/i n y c i n y c ωω--∆≈--∆ and since exp(/2)i i π-=-, (1)(/)exp(/2)p u u E E n y E c i ωπ=+-∆-4. Solution:/t i t i r n n n n -+ . Air-water: 4/311/70.144/31r -===+. Air-crown glass:3/211/50.203/21r -===+.More reflectance for glass. 2/r i I I R r ==.Air-water: 2(1/7)0.02R ==. Air-crown glass: 2(1/5)0.04R ==5. Solution:/21sin sin it ti n n θθθθ==/2/1sin sin t i n n θθ=/21sin sin t i n n θθ= and /t i i θθ=__/cos AB d t =θ ___/)sin(AB a t i =-θθ t t i daθθθcos )sin(=- a d t t i =-θθθcos )sin(6. Solution:99//(1.210)/(50010)0.0024m m ννλλ--∆=∆=⨯⨯=c νλ=, so 8914/(310/)/(50010) 6.0010c m s m Hz νλ-==⨯⨯=⨯1412(0.0024)(6.0010) 1.4410Hz ν∆=⨯=⨯131/ 6.9410c t s ν-∆∆=⨯8134(310/)(6.9410) 2.0810c c l c t m s s m --∆∆=⨯⨯=⨯7. Solution:)(2//0n n d s y -=∆αλ8.Solution ：λ=nd 2m nd 71084.12-⨯==λ9. Solution:θαsin 2k a =，θβsin 2k b=，mb a =，πβαm m 2==N=number of fringes=m m a 2/2/==πππ10. Solution:sin m a m θλ=sin /m m Y R θ6(/)10,000/10/m Y m a R lines cm lines m λ=== So 610a m -=761(589.5923)[1(5.89592310)/10](1.00)0.5895923Y nm m m m m--=⨯='761(588.9953)[1(5.88955310)/10](1.00)0.5889953Y nm m m m m--=⨯='411 5.9710Separation Y Y m -=-=⨯11. Solutionsin /sin i t ti n θθ=; sin sin /sin(40)/1.5t i ti n θθ== ; 25.4t θ= .2222tan ()/tan ()tan (14.6)/tan (65.4)0.014i t i t R θθθθ=-+=-=2222sin ()/sin ()sin (14.6)/sin (65.4)0.077i t i t R θθθθ⊥=-+=-=1()0.04552R R R ⊥=+= /()()/()67%p p n V I I I R R R R R ⊥⊥=+=+++=。
精品物理光学PPT课件(完整版)
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
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傅里叶变换对： W () I 0 (k ) exp(ik)dk
（ 1 ） （2）
强度函数 谱密度函数
1 I 0 (k ) 2
W () exp(ik)d
通过移动M2，改变获得W()，再通过反傅里叶变换计 算出I0(k)。
迈克尔逊在工作
仪器结构、光路
反射镜
M1 M2
虚薄膜(虚 平板)
a1
光源 S
G1
45 G2
a2
M2
a
补偿板
反 射 镜
半透半反膜
a1′
a2 ′ E 观测装置
反射镜
M1 M 2
虚薄膜
工作原理
补偿板作用：补偿两臂的附 加光程差。
没有补偿板，对干涉有何影响？ 可以不要补偿板？ 光束 a2′和 a1′发生干涉 ▲ ▲
a1
光源
S
a
G1 45 G2
M2
a2
补偿板
半透半反膜
反 射 镜
a 1′ a 2′ E 观测装置
十字叉丝
M2、M1平行 等倾干涉 M2、M1有小夹角 等厚干涉
等厚条纹
迈克尔逊等倾干涉
迈克尔逊等厚干涉
混合条纹
条纹变化
等倾干涉 h增大时，条纹外冒，变密
h减小时，条纹内缩，变疏 等厚干涉 h增大时，条纹向膜较薄的方向移动 h减小时，条纹向膜较厚的方向移动
4、马赫－曾德干涉仪 结构和光路走向如图 适用于研究气体密度迅速 变化的状态 利用扩展光源，条纹是定域的 可通过调节M2和G2使条纹虚定 域于M2和G2之间 应用： 1）大型风洞中气流引起的空气密度变化 2）可控热核反应中等离子区的密度分布 3）光学全息，光纤和集成光学
（from《光子技术》2004.1)
e h e 2n 2
测量表面平面度、局部误差 测量平板的平行度和楔角
2、迈克尔逊干涉仪（1881）
迈克尔逊（A.A.Michelson）美籍德国人
• 获1907诺贝尔物理奖。 • 1881年设计制作，迈克 尔逊曾用它做过三个重要 实验： •迈克尔逊-莫雷以太 漂移实验； •第一次系统地研究了 光谱精细结构； •首次将光谱线的波长 与标准米进行比较， 建立了以波长为基准 的标准长度
光强分布： I x, y, t E0 x, y Er 2E0 x, yEr cos r x, y t
2 2
I(x,y,t)
1.0
条纹是随时间 移动的量。
0.8
0.6
0.4
0.2
t
-4 -2 0 2 4
0.0
光强分布： I x, y, t E0 x, y Er 2E0 x, yEr cos r x, y t
大葱表皮的 OCT 图像
实际样品大小为10mm×4mm，图中横向分辨率约为 20m，纵向分辨率约为25m。
（from《光子技术》2004.1)
“DWDM系统中的光滤波技术”
3、泰曼干涉仪 结构原理 在迈克尔逊干涉仪的一个光路中加入了被测光学器件 单色准直光照明，使产生等厚干涉条纹，用于检验光 学零件的综合质量 检验原理 通过研究光波波面经光学零件后的变形确定零件质量
h R1 a R2
D2 a b h R2 8R2
a+b+h
b R2 R1
D2 D2 D2 h R2 a b R2 ( R1 ) ( R2 R1 ) 8 R2 8 R2 8R1 D2 1 1 ( ) 8 R1 R2
低光圈：
意味着待测零件的中部 磨得太多，致使待测件 曲率半径偏大
图1、数码互动迈克尔逊干涉仪实验室
图2、钠光对比度变化图
图3、白光干涉条纹图
图4、激光等倾干涉条纹图
图5、汞灯等倾干涉条纹图
图6、汞灯等厚干涉条纹图
光程差计算
2h cos 2 2 2h cos 2
G1不镀半反射膜
G1镀半反射膜 亮条纹
极值条件
m
( 2m 1)
§12－5 典型的双光束干涉系统及其应用
一、典型干涉系统 1、斐索干涉仪：等厚干涉型的干涉仪,常用于光学零件表面 质量的检查。 a
H G L1 L2 P Q 激光平面干涉仪 L3
表面不平度
h
e
2n e
e
精度： 20
P
L
Q
球面干涉仪
D h R1 R2 Q P
曲率差与光圈数的关系 光学车间里，根据光圈 的形状、数量以及用手 加压后条纹移动的方向， 就可检验出元件的偏差。
2 2
条纹随时间移动，移动 一个 条纹间隔e的时间为T，对应 为2。移动x，所需时间为 t，对应的位相
A点的过 零时间差
T
条纹移动方向
T
A
t r ( x, y ) 2 T
基准信号
t
B
被测信号
2、傅里叶变换光谱仪 利用傅立叶变换技术，根据干涉效应，分析光源的光谱分布 组成： 一台泰曼干涉仪 一套作傅立叶变换的电子计算机处理系统 特点： 光能的利用率高，对于分析气体的极为复杂而强度 很弱的红外光谱特别有用 光源的光谱分布与产生的干涉条纹的强度分布的关系
2
(m 0,1,2)
暗条纹
若M1平移h 时， 光程差改变2h 干涉条纹移过N条
2h N
h N
2
应用： 测波长、折射率、厚度 用白光条纹作精密测量
光纤化的迈克耳孙干涉仪
光源
反 射 镜 样 品
探 测 器
光纤耦合器
光纤聚焦器
电子学系统 计算机
OCT应用
生物 医学 材料科学 ·····
高光圈： 意味着待测零件的边缘 磨得太多，致使待测件 曲率半径偏小
小结： 基本特点：（1）属于等厚干涉 （2）干涉光束，一个来自标准反射面， 一个来自被测面。 重点掌握： （1）光程差与厚度的关系。 （2）厚度变化与条纹弯曲方向的关系。 （3）干涉面间距变化与条纹移动的关系。 条纹分析： 注意应用比例关系 应用：
有球差的干涉图
近轴慧差干涉图
【思考题】将一台泰曼-格林干涉仪的一个反射镜M2改为球 面反射镜，使用波长为550nm的光源S远心照明，调节球面 反射镜臂使产生同心圆环干涉条纹。
L1
M1
s
G
M2
光程差：
2h m
L2
（1）此圆环干涉条纹为何种干涉条纹？ （2）要使干涉圆环向中心一一消失20个，则可动臂必需移 动多少？ （3）干涉圆环向中心一一消失时，M2的移动方向是向左还 是向右？
“DWDM系统中的光滤波技术”
二、其他干涉技术
1、数字波面干涉术
目的：产生移动的干涉条纹，用光电器件探测条纹的变化。
基本原理：利用光学拍频中干涉条纹强度随时间变化的性质。
设：干涉光波频率为 ，参考光波为 。则合成的光波：
ix, y t Er e xp ir ( )t E x, y, t E0 x, y e xp
W()
I()
钠光灯作光源时，记录下的强度函数及其相应的光谱图
D2 1 1 D2 h N 8 R1 R2 8 2 D2 N 4
D a 2 R12 ( ) 2 2
1 D2 D2 a R1 (1 ) R1 2 4R12 8R1
D
D 2 ( a b h) 2 R2 ( )2 2
I () 2 I 0 (k ) 1 cos k dk
2 I 0 (k )dk 2 I 0 (k ) cos(k )dk
2 I 0 (k )dk I 0 (k )[exp(ik ) exp( ik )]dk