光学(讲义)
《光学》 哈尔滨工业大学出版社 郑植仁,姚凤凤。 讲义。
8. 焦面
物方焦面：
像方焦面：
主光轴与负光轴：
焦面性质：
1)从物方焦面发出的同心光束经过薄透
镜后出射光束为平行光束
2)入射的平行光束经薄透镜后出射光束
会聚在像方焦面上一点
2007-5-1311
2007-5-13
13
（2）一般光线作图法：利用一条特殊光线和焦面性质，找到任意入射光线的出射共轭线。
作图求轴上物点的像
2007-5-13
14
10.薄透镜逐次成像的计算法和作图法
1）计算法与单球折射面逐次成像的计算方法相同2）作图法的步骤如下：
（2）第一次利用特殊光线作图法做图
（3）以后各次均利用任意光线作图法做图（4）按比例测量成像后的各个待求量的值（5）每次均应检验，再进行下一次做图
（1）按比例绘出初始光路图，在图中标出F 、'F Q 、
等已知点和已知光线
2007-5-1321。
光学讲义-几何光学基本公式
20. 一侦察卫星的轨道高度 h = 220km ，在可见光波段（取 λ = 550nm ）能分辨地 面上 l = 6.25cm 的间隔。 求：卫星成像系统的孔径（直径） D 。
衍射光栅 光栅：周期分布的全同衍射单元构成的衍射屏。 多缝光栅：
光栅常数 d ：两个相邻衍射单元（如：狭缝）对应位置（如：狭缝中心） 的间距。 光栅公式 d sinθK = Kλ θK ：第 K 级衍射波的衍射角
光学•习题
1. 如图，已知三棱镜的顶角 A 和三棱镜材料的折射率 n 。 求：经过三棱镜的光线的偏向角的最小值。
i
3. 光线入射到玻璃半圆柱的平面上，光线方向与半圆柱 的 轴 垂 直 。 玻 璃 的 折 射 率 n = 1.414 ， 光 线 入 射 角 i = 45D 。 求：光线离开柱面的位置。
4. 一个调节良好的分光计的平行光管和望远镜物镜的焦距分别为 f1 = 250mm 和 f2 = 200mm 。平行光管的狭缝宽度为 b = 1.4mm ，三棱镜顶角为 A = 60D 。 对某两条相邻的谱线，三棱镜材料的折射率分别为 n1 = 1.498 和 n2 = 1.502 。 问：通过望远镜看到的这两条谱线是否重叠？
13. 在成像系统和像面之间插入两个薄透镜，使得在保持像的位置不变的条件下 将像放大，并且放大倍数连续可调。已知两透镜的焦距分别为 f1 和 f2 ，求两 透镜位置间的关系。
14. 在水深 S = 1.0m 的水池有一长度 l = 10cm 的物体。物体经一透镜成像于水面 上 方 H = 80cm 处 的 屏 幕 上 。 已 知 透 镜 焦 距 F = 10cm ， 透 镜 材 料 折 射 率 n = 1.50 ，水的折射率 nw = 1.33 。 求：透镜到水面的距离 h ，以及像的长度 l′ 。
北京大学《普通物理》光学讲义
学中的最小作用量原理，又比如费曼发明的量子场论中的路径积分
方法，这大概都是受益于费马原理的表述形式。
光学内容简介—几何光学
• 将光看成是粒子，几何光学
• 从几个由实验得来的基本原理出发，来研究光的传播问题的 学科。它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种 媒质中传播的途径，它得出的结果通常总是波动光学在某些 条件下的近似或极限。 几何量化描述 光速 ������ ������ 角度 ������ ������ ������ 折射率 ������ 焦物像距 ������ ������ ������ 光程������ = ������������ 物理规律 直线传播 反射定律 折射定律 成像公式 费马原理
3，光在两种介质表面 发生折射时，由费马原 理可以证明按照折射定 律规定的光程是极小值。
sin ������1 ������2 ������1 = = sin ������2 ������1 ������2 ������1 sin ������1 = ������2 sin ������2
费马原理—光程取稳定值
惠更斯原理
光扰动同时到达的空间曲面被称为波前，波前上的每一点都可以看成一个 新的扰动中心，称为次波源，次波源向四周发出球面次波；下一时刻的波 前是这些大量次波面的公切面，或称为包络面；次波中心与其次波面上的 那个切点的连线方向给出了该处光传播方向。
sin ������1 ������1 = sin ������2 ������2
光学内容简介
总的来说，关于光的研究主要分为两个方面： • 光的本性: 我们今天知道光的本性是个遵从量子力学、相对论规律的粒 子。其基本特性是传递电磁相互作用，称为规范玻色子，其 静止质量为0，电荷为0，自旋为1 ，能量为 h ，速度为c。 光在传播过程中服从量子力学规定的概率分布。 • 光与物质的相互作用： 光传递电磁相互作用的规律由量子电动力学确定。光的产生 和接受都属于光与物质的相互作用。
光学二级实验讲义 (1)
实验一迈克尔逊干涉仪的调节和使用【实验目的】1.了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调节和使用的方法。
2.应用迈克尔逊干涉仪，测量He-Ne激光的波长【实验仪器】迈克尔逊干涉仪（WSM-200 03040303 20100538)He-Ne激光器扩束镜迈克尔逊干涉仪的主体结构如图1（a）所示，由下面6个部分组成。
1微调手轮2粗调手轮3读数窗口4可调螺母5毫米刻度尺6精密丝杆7导轨（滑槽）8螺钉9调平螺丝10锁紧圈11移动镜底座12紧固螺丝13滚花螺丝14全反镜15水平微调螺丝16垂直微调螺丝17观察屏固定杆18观察屏图1迈克尔逊干涉仪结构（1）底座底座由生铁铸成，较重，确保仪器的稳定性。
由3个调平螺丝9支撑，调平后可以拧紧锁紧圈10以保持座架稳定。
（2）导轨导轨7由两根平行的长约280mm的框架和精密丝杆6组成，被固定在底座上，精密丝杆穿过框架正中，丝杆螺距为1mm，如图1（b）所示。
（3）拖板部分拖板是一块平板，反面做成与导轨吻合的凹槽，装在导轨上，下方是精密螺母，丝杆穿过螺母，当丝杆旋转时，拖板能前后移动，带动固定在其上的移动镜11（即M1）在导轨面上滑动，实现粗动。
M1是一块很精密的平面镜，表面镀有金属膜，具有较高的反射率，垂直地固定在拖板上，它的法线严格地与丝杆平行。
倾角可分别用镜背后面的3颗滚花螺丝13来调节，各螺丝的调节范围是有限度的，如果螺丝向后顶得过松，在移动时可能因震动而使镜面有倾角变化，如果螺丝向前顶得太紧，致使条纹不规则，严重时，有可能使螺丝口打滑或平面镜破损。
（4）定镜部分定镜M2是与M1相同的一块平面镜，固定在导轨框架右侧的支架上。
通过调节其上的水平拉簧螺钉15使M2在水平方向转过一微小的角度，能够使干涉条纹在水平方向微动；通过调节其上的垂直拉簧螺钉16使M2在垂直方向转过一微小的角度，能够使干涉条纹上下微动；与3颗滚花螺丝13相比，15、16改变M2的镜面方位小得多。
物理光学实验讲义
物理光学实验讲义实验⼀薄透镜成像及其焦距的测量⼀、实验⽬的1、通过实验进⼀步理解透镜的成像规律。
2、掌握测量透镜焦距的⼏种⽅法。
3、掌握和理解光学系统共轴调节的⽅法。
⼆、实验原理1、薄透镜成像原理及其成像公式将玻璃等⼀些透明的物质磨成薄⽚，其表⾯都是球⾯或有⼀⾯为平⾯的就成了透镜，有中央厚、边缘薄的凸透镜和边缘厚、中央薄的凹透镜两⼤类。
称连接透镜两球⾯曲率中⼼的直线叫做透镜的主光轴，透镜两表⾯在其主轴上的间距叫透镜厚度。
厚度与球⾯的曲率半径相⽐可以忽略不计的透镜称为薄透镜。
薄透镜两球⾯的曲率中⼼⼏乎重合为⼀点，这个点叫做透镜的光⼼。
实验中透镜两边媒质皆为空⽓。
凸透镜亦称为会聚透镜，凹透镜亦称为发散透镜。
如图1所⽰，平⾏于凸透镜主光轴的⼀束光⼊射凸透镜，折射后会聚于主光轴上，会聚的光线与主光轴的交点即为凸透镜的焦点，焦点到光⼼的距离为焦距。
如图2所⽰，平⾏于凹透镜主光轴的⼀束光⼊射凹透镜折射后成为发散光，发散光线的反向延长线与主光轴的交点即为凹透镜的焦点，与凹透镜光⼼的距离为焦距。
在近轴光线条件下，薄透镜的成像公式为：式中为物距，为像距为焦距，对于凸透镜、凹透镜⽽⾔，恒为正值，像为实像时为正，像为虚像时为负，对于凸透镜恒为正，凹透镜恒为负。
2、测量凸透镜焦距的原理（1）⾃准法位于凸透镜焦平⾯上的物体上（实验中⽤⼀个圆内三个圆⼼⾓为的扇形）各点发出的光线，经透镜折射后成为平⾏光束（包括不同⽅向的平⾏光），由平⾯镜反射回去仍为平⾏光束，经透镜会聚必成⼀个倒⽴等⼤的实像于原焦平⾯上，这时像的中⼼与透镜光⼼的距离就是焦距（如图3）。
（2）共轭法（位移法）由图4可见，物屏和像屏距离为（），凸透镜在、两个位置分别在像屏上成放⼤和缩⼩的像，由凸透镜成像公式可得：成放⼤的像时，有成缩⼩的像时，有⼜由于可得3、测量凹透镜焦距的原理（1）⾃准法通常凹透镜所成的是虚像，像屏接收不到，只有与凸透镜组合起来才可能成实像。
凹透镜的发散作⽤同凸透镜的会聚特性结合得好时，屏上才会出现清晰的像，如图5所⽰。
1.光学现象(讲义)(原卷版)
浙教版中考科学二轮复习光学现象光和颜色、光的直线传播、光的反射与折射【知识点分析】一.光和颜色1.光源：能发光并且正在发光的物体。
2.光的传播：光在同种均匀介质中沿直线传播。
【相关应用】(1)影子的形成（计算影子长短和物体高度、移动距离的关系）(2)小孔成像（成像形状与孔的形状无关，孔径过大类似于影子，不是小孔成像）(3)打靶、激光准直、一叶障目、日食与月食。
3.光和颜色：（1）看到物体的颜色是物体反射该颜色的光导致，白色物体只反射，黑色不反射、带色的玻璃只能透过该色的光。
（2）白光由多种颜色的光复合而成，不同颜色的光偏折程度不同。
（3）不同颜色的光作用：紫外线可以杀菌、可以验钞；红外线遥控器，物体都在向外不停释放红外光，可测温，或夜视仪。
（4）光的三原色：红、绿、蓝。
4.光速与光年：光速是3x108m/s，光年是长度单位。
5.光线：利用带箭头的线表示光的方向，是一种理想化模型。
二.光的反射与面镜成像1.光的反射：光照到界面返回原界面的过程。
2.光的反射规律：三线共面、分居两侧、反射角等于入射角3.平面镜成像：等大、等距、正立、虚像。
4.凸面镜与凹面镜作用与应用。
三.光的折射1.折射：光从一种介质照向另一种介质，发生偏折的现象。
2.折射的规律：（初中近似理解为密度大角度小）3.折射的现象：海市蜃楼，日出提前4.光的折射基础偏折5.凸透镜与凹透镜：（1）凸透镜：中间厚边缘薄:对光学有会聚作用（2）凹透镜：中间薄边缘厚:对光线有发散作用【例题分析】1．2022年11月8日出现月全食与超级月亮同时上演的少见天文现象。
图所示的光现象中，与月全食成因相同的是（）A．水中倒影B．海市蜃楼C．雨后彩虹D．小孔成像2．1666年，英国物理学家牛顿用玻璃三棱镜分解了太阳光，在光屏上得到了七色光，解开了光的颜色之谜，如图所示，下列是小红同学在探究有关光现象时的一些说法，其中不正确的（）A．太阳光中包含红橙黄绿蓝靛紫七色光B．七色光按序排列是因为三棱镜对不同色光折射程度不同C．把温度计放在红光的上方，读数会降低D．用放大镜观察正在放映的彩色电视机屏幕，发现画面的颜色是由红、绿、蓝三种色条合成的3．2022年10月5日，中国航天员首次在太空中度过国庆佳节，如图所示是航天员陈冬在神舟十四号飞船拍摄到的月球悄悄躲进地球的背后的一张照片，当月亮完全躲到地球背后时，陈冬就看不到月亮了，形成的这一现象的原因是（）A．光的直线传播B．光的反射C．光的折射D．光的色散4．鸟儿白天会将玻璃幕墙看成蓝天白云，黄昏会透过玻璃看到明亮室内的绿色植物，导致其贸然飞往撞击受伤，鸟儿在如图所示位置所见情景，是因为在玻璃与空气分界面处分别发生（）A．光的反射，光的折射B．光的折射，光的反射C．光的反射，光的反射D．光的折射，光的折射5．如图所示是探究光的反射定律的部分实验过程，下列叙述中正确的是（）A．图甲中∠BON是入射角B．图甲、丙中的现象说明光路是可逆的C．图乙中反射光线、入射光线不在同一平面内D．图中硬纸板应选用表面光滑的6．首钢滑雪大跳台在北京冬奥会期间承担了单板和自由式滑雪大跳台等比赛项目，它的设计理念源自中国敦煌壁画中传统的飞天造型，从侧面看去犹如一只灵动的“水晶鞋”。
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
初二物理光学,物态讲义
一、光的直线传播1、光源：定义：能够发光的物体叫光源。
分类：自然光源，如太阳、萤火虫；人造光源，如篝火、蜡烛、油灯、电灯。
月亮本身不会发光，它不是光源。
2、规律：光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。
3、光线是由一小束光抽象而建立的理想物理模型，建立理想物理模型是研究物理的常用方法之一。
练习：☆为什么在有雾的天气里，可以看到从汽车头灯射出的光束是直的？答：光在空气中是沿直线传播的。
光在传播过程中，部分光遇到雾发生漫反射，射入人眼，人能看到光的直线传播。
☆早晨，看到刚从地平线升起的太阳的位置比实际位置高，该现象说明：光在非均匀介质中不是沿直线传播的。
4、应用及现象：①激光准直。
②影子的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，在物体的后面形成黑色区域即影子。
③日食月食的形成：当地球在中间时可形成月食。
如图：在月球后1的位置可看到日全食，在2的位置看到日偏食，在3的位置看到日环食。
④小孔成像：小孔成像实验早在《墨经》中就有记载小孔成像成倒立的实像，其像的形状与孔的形状无关。
5、光速：光在真空中速度C=3×108m/s=3×105km/s ；光在空气中速度约为3×108m/s 。
光在水中速度为真空中光速的3/4，在玻璃中速度为真空中速度的2/3 。
二、光的反射1、定义：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。
2、反射定律：三线同面,法线居中,两角相等,光路可逆.即:反射光线与入射光线、法线在同一平面上，反射光线和入射光线分居于法线的两侧，反射角等于入射角。
光的反射过程中光路是可逆的。
3、分类：⑴镜面反射：定义：射到物面上的平行光反射后仍然平行条件：反射面平滑。
应用：迎着太阳看平静的水面，特别亮。
黑板“反光”等，都是因为发生了镜面反射⑵漫反射：定义：射到物面上的平行光反射后向着不同的方向，每条光线遵守光的反射定律。
条件：反射面凹凸不平。
应用：能从各个方向看到本身不发光的物体，是由于光射到物体上发生漫反射的缘故。
光学实验讲义
实验一 薄透镜参数的测定引言：透镜是光学仪器中最基本的元件，反映透镜特性的一个主要参量是焦距，它决定了透镜成像的位置和性质(大小、虚实、倒立) 以便了解透镜成像的规律，掌握光路调节技术，比较各种测量方法的优缺点，为今后正确使用光学仪器打下良好的基础。
[实验目的]1.学会测量透镜焦距的几种方法。
2.掌握简单光路的分析和光学元件同轴等高的调节方法。
3.熟悉光学实验的操作规则实验原理：薄透镜是指透镜中心厚度d 比透镜焦距f 小很多的透镜。
透镜分为两大类：一类是凸透镜（也称为正透镜或会聚透镜），对光线起会聚作用，焦距越短，会聚本领越大；另一类是凹透镜（也称负透镜或发散透镜），对光线起发散作用，焦距越短，发散本领越大。
透镜的焦距测量用到的成像公式是高斯公式：fp p 111=-' 一、凸透镜焦距的测定：透镜的焦距测量主要用到高斯公式计算焦距1.粗略估测法：以太阳光或较远的灯光为光源，用凸透镜将其发出的光线聚成一光点(或像)，此时，p →∞，s’≈f’，即该点(或像)可认为是焦点，而光点到透镜中心(光心)的距离，即为凸透镜的焦距，此法的测量误差约在10％左右。
由于这种方法误差较大，大都用在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。
2.利用物像公式求焦距： 根据(1)式，则薄透镜焦距为'''s s ss f f -=-= (2)如图1所示，若在实验中分别测出物距s 和像距s′，即可用式(2)求出该透镜的焦距f 。
但应注意:测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。
3.自准法：如图2所示，在待测透镜L 的一侧放置被光源照明的“1”字形物屏AB ，在另一侧放一与主光轴垂直的平面反射镜M ，移动透镜(或物屏)，当物屏AB 正好位于凸透镜之前的焦平面时，物屏AB 上任一点发出的光线经透镜折射后，将变为平行光线，然后被平面反射镜反射回来。
再经透镜折射后，仍会聚在它的焦平面上，即原物屏平面上，形成一个与原物大小相等方向相反的倒立实像A′B′。
《光学》 哈尔滨工业大学出版社 郑植仁,姚凤凤。 讲义。
i (',')exp()a E x y ikr r=（3）傍轴条件和远场条件均满足后复振幅可以简化成：i(',')exp()a E x y ikz z =O 'OO ''y x −这是一束由点源发出的、沿连线方向垂直入射到接收平面上的平面波。
22z z zrK2.4 光波的偏振态1. 光的偏振现象1）光的偏振的含义相对传播方向，光波振动的方向和振幅的不对称性称为光的偏振现象2）偏振片（1）晶体的二向色性（选择吸收性）（2）偏振片及其透振方向和消光方向（3）偏振片的制造（4）偏振片的起偏和检偏性能2. 光的横波性1）机械波的横波性的检验2）光波的横波性的检验3. 光的五种偏振态1）光是横波，才有不同的偏振状态2）光波的五种偏振态：线偏振光、自然光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
4. 线偏振光1)线偏振光的定义：2)振动面与平面偏振光振动面：线偏振光的传播方向与振动方向构成的平面。
同一波线上的线偏振光的光振动均处于同一振动面上，又称线偏振光为平面偏振光。
线偏振光是偏振程度最强的光，又称线偏振光为全偏振光。
5）起偏器和检偏器起偏器：任何偏振态的光通过后透射光都变为线偏振光的器件。
检偏器：检查入射光偏振态的器件线偏振射光通过此器件后光强变为零。
偏振片既是起偏器，又是检偏器。
5. 自然光1）自然光的定义：在垂直光传播方向的平面上，所有方向均有横振动，各个方向的振动幅度均相等，形成如图所示的轴对称振幅分布。
角内包含的线偏振光的总强度：θ∆θρ∆=∆=∆00i N i I 入射的自然光的总光强：∑∫==∆=0200002ρπθρπi d i I I 设偏振片的透振方向与角内线偏振光的夹角为：θ∆α依据马吕斯定律：θ20cos I I =6. 部分偏振光1）部分偏振光的定义：在垂直光传播方向的平面上，所有方向均有横振动，但不同方向的振动幅度不相等，形成如图的振幅分布。
现代光学课程讲义：第5章 光波与介质的相互作用
第5章 光波与介质的相互作用除了真空，没有一种介质对光波或电磁波是绝对透明的。
光通过介质时，一部分能量被介质吸收而转化为介质的热能或内能，从而引起光的强度随传播距离增大而减小，这种现象称为介质对光的吸收。
介质的不均匀性将导致定向传播的光，部分偏离原来的传播方向，分散到各个方向，这种现象称为光的散射，光的散射也会造成光强随传播距离增大而减小。
另一方面，光在介质中的传播速度一般要小于真空中的光速，而且介质中的光速与光的频率或波长有关，即介质对不同波长的光有不同的折射率，这种现象称作光的色散。
光的吸收、散射和色散是光在介质中传播时所发生的普遍现象，并且它们是相互联系的。
光在介质中的传播过程，就是光与介质相互作用的过程。
光在介质中的吸收、色散和散射现象，实际上就是光与介质相互作用的结果。
因此，要正确地认识光的吸收、色散和散射现象，就应深入地研究光与介质的相互作用。
大体上说，介质对光的吸收、色散和散射，均系分子尺度上光与物质的相互作用，故三者曾并称为分子光学。
研究这类现象，一方面有助于了解光和物质的相互作用，另一方面还可得到许多有关物质结构的重要知识。
严格地讲，光与物质的相互作用应当用量子理论去解释，但是，把光波作为一种电磁波，把光和物质的相互作用看成是组成物质的原子或分子受到光波电磁场的作用，由此得到的一些结论，仍然是非常重要和有意义的。
§1 光与物质相互作用的经典理论麦克斯韦电磁理论的最重要成就之一就是将电磁现象与光现象联系起来，利用这个理论正确地解释了光在介质中传播时的许多重要性质，例如光的干涉、衍射以及光与介质相互作用的一些重要现象：法拉第效应、克尔效应等。
但是，麦克斯韦电磁理论在说明光的传播现象时，对介质的本性作了过于粗略的假设，即把介质看成是连续的结构，得出了介质中光速不随光波频率变化的错误结论，因此，在解释光的色散现象时遇到了困难。
为了克服这种困难，必须要考虑组成介质的原子、分子的电结构，光与物质相互作用是一个微观过程，它的运动规律与宏观现象的运动规律不同，要正确地描述介质中原子和分子的运动规律，应该采用量子理论。
《光学》 哈尔滨工业大学出版社 郑植仁,姚凤凤。 讲义。
光学郑植仁姚凤凤《光学》教材提纲挈领、深入浅出地讲述了光学的基本概念和基本原理。
《光学习题课教程》是与《光学》教材配套的光学习题课教材，简明地介绍了光学的基本概念和公式，透彻地讲述了光学问题的基本类型和基本解题方法。
给出了《光学》习题的解答以及模拟试题的解答。
人类认识世界的目的归根到底是为了适应世界、进而改造世界，因此学习任何一门知识都应当做到既明白道理又能够解决问题，也就是既要学懂弄通所学知识的基本概念，又要掌握运用基本原理解决相关问题的基本方法。
参考书：（1）《光学》赵凯华、钟锡华编，北京大学出版社（2）《光学》，E. 赫克特等著，人民教育出版社出版（3）《光学》，潘笃武等编著，复旦大学出版社出版（4）《光学》，蔡履中等编著，山东大学出版社出版（5）《现代光学基础》钟锡华编，北京大学出版社学好光学课的重要意义•当今科研前沿的热门学科•光学学科是我校的国家重点学科和博士点•光学课程是光学方面课程的基础启蒙课程如：光学，激光原理与技术，量子光学，信息学光纤光学，集成光学，光谱学，光子开关术全息光存储技术，光纤通信技术原理，非性光学晶体光学，原子光学，光电信号检测技术等光学课的特点内容新：中学学得不多，光学发展很快，新内容不断涌现分支多：几何光学，干涉，衍射，偏振，光与物质的相互作用公式多：大约有200多个公式课程编排特点：重点是物理光学部分(干涉，衍射，偏振)如何学好光学课程•课前预习•按时听课•及时复习•独立完成作业•主动答疑课程安排•光学理论授课•光学习题课•观看光学实验演示绪论一、光学发展的概况人类感官感觉外部世界的总信息量中有90％以上通过眼睛接收光学是一门古老的学科，又是一门新兴的年青学科激光器诞生后，光学开始了迅猛发展，成为科研前沿极为活跃的学科五个时期一、萌芽时期公元前500年‾公元1500年经历大约2000年面镜、眼镜和幻灯等光学元件已相继出现二、几何光学时期1500‾1800，大约300年1、建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础2、研制出了望远镜和显微镜等光学仪器3、牛顿为代表的微粒说占据了统治地位4、其对折射定律的解释是错误的三、波动光学时期1800‾1900，近100年1、杨氏利用实验成功地解释了光的干涉象2、惠更斯－菲涅耳原理成功地解释了光的衍射现象3、菲涅耳公式成功地解释了光的偏振现象4、麦克斯韦的电磁理论证明光是电磁波5、傅科的实验证实光在水中传播的速度小于在空气中的传播速度6、波动光学的理论体系已经形成，光的波动说战胜了光的微粒说四、量子光学时期1900‾1950，近50年1、1900年普朗克提出了量子假说，成功地解释了黑体辐射问题2、爱因斯坦提出了光子假说，成功地解释了光电效应问题3、光的某些行为象经典的“波动”4、另一些行为却象经典的“粒子”5、光是一种几率波，又具有可分割性，光具有“波粒二象性”五、现代光学时期从1950年至今1、全息术、光学传递函数和激光的问世是经典光学向现代光学过渡的标志2、光学焕发了青春，以空前的规模和速度飞速发展1）智能光学仪器2）全息术3）光纤通信4）光计算机5）激光光谱学的实验方法等等第1章几何光学1.1几何光学的基本规律1. 几何光学三定律2. 全反射临界角3. 光的可逆性原理4. 三棱镜的最小偏向角1. 几何光学三定律1）光的直线传播定律：光在均匀介质里沿直线传播。
光学讲义
光学讲义1.光的反射定律：（1）组合平面镜 （2）双镜面反射。
如图1-2-3，两镜面间夹角a =15º,OA =10cm ，A 点发出的垂直于2L 的光线射向1L 后在两镜间反复反射，直到光线平行于某一镜面射出，则从A 点开始到最后一次反射点，光线所走的路程是多少？（3）球面镜成像球面镜的焦距球面镜的反射仍遵从反射定律，法线是球面的半径。
一束近主轴的平行光线，经凹镜反射后将会聚于主轴上一点F （图1-4-1），这F 点称为凹镜的焦点。
一束近主轴的平行光线经凸面镜反射后将发散，反向延长可会聚于主轴上一点F （图1-4-2），这F 点称为凸镜的虚焦点。
焦点F 到镜面顶点O 之间的距离叫做球面镜的焦距f 。
可以证明，球面镜焦距f 等于球面半径R 的一半，即2R f =球面镜成像公式fv u 111=+ 上式是球面镜成像公式。
它适用于凹面镜成像和凸面镜成像，各量符号遵循“实取正，虚取负”的原则。
凸面镜的焦点是虚的，因此焦距为负值。
在成像中，像长和物长h 之比为成像放大率，用m 表示，uv h h m ='= 2.折射定律①折射光线在入射光线和法线所决定平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧；③入射角1i 与折射角2i 满足2211sin sin i n i n =；④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C 时，将发生全面反射现象（折射率为1n 的光密介质对折射率为2n 的光疏介质的临界角12sin n n C =）。
全反射全反射光从密度媒质1射向光疏媒质2，当入射角大于临界角211sin n a -=时，光线发图1-2-3αL 1L 2AO图1-4-1 图1-4-2生全反射。
全反射现象有重要的实用意义，如现代通讯的重要组成部分——光导纤维，就是利用光的全反射现象。
费马原理光程：光通过某一媒质的光程等于光在相同时间里在真空中所传播的几何路程。
均匀介质：ns l =非均匀介质：∑⎰→∆=iii nds sn l光总是沿着光程为极值（极大、极小、恒定）的路径从一点传播到另一点。
《光学》讲义笔记习题答案
2k 1
2k 1
2k 1
可见光范围： 400nm 760nm
可见光范围内只能取 k 3 480nm
（2） 2ne 2k 1 k 0,1, 2
2
2
= 4ne 2 1.5 0.4 103 1200
k
k
k
可见光范围内取 k 2 600nm k 3 400nm
2.劈尖干涉
1.12510 2m
（5）由 =2d =k 得 2
k
2d
1 2
2h
1 2
2 2.8 10 6 600 10 9
1 2
9 （取整），明纹有 9
条
由 =2d = 2k 1 得
2
2
k
2d
2h
2 2.8 10 6 600 109
9 （取整），暗纹有 9 1 10 条
题 2.两块平板玻璃构成空气劈尖，左边为棱边，用单色平行光垂直入射，若上面的平玻璃以 棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的（ ）。
7．双缝干涉实验装置如图所示，双缝与屏之间的距离 D=120cm ，两缝之间的距离 d =0.50mm ，
用波长 =500nm （1nm 109 m ）的单色光垂直照射双缝。
(1) 求原点 O （零级明条纹所在处）上方的第五级条纹的坐标 x ；
(2) 如果用厚度 e 3.0103mm ，折射率 n 1.50 的透明薄膜覆盖在图中的 s1 缝后面，求原点
离开平玻璃过程中，可以观察到这些环状干涉条纹将
（填：形状不变，向中心收缩
或向外扩展）。 解： =2nd =k ， d k ，同一位置 k 变大，条纹变密，向中心收缩。
2
题 3.用紫色光观察牛顿环时，测得第 k 级暗环半径 rk 4mm ；第 k 5 级暗环的半径 rk5 6mm ， 所用平凸透镜的曲率半径 R 10m ，求紫光的波长和级数 k 。 解：暗环半径 r kR = kR
静水流深的光学讲义
静水流深的光学讲义一、介绍光学是物理学的一个分支，研究光的产生、传播、相互作用以及光学器件的设计和应用。
静水流深的光学讲义旨在深入探讨光学的基本原理和应用，以帮助读者全面了解光学的基础知识和相关领域的最新进展。
二、光的本质2.1 光的波粒二象性光既可以被看作是波动现象，也可以被看作是粒子流动。
这种波粒二象性是光学研究的基础，它使得光既可以解释干涉和衍射等波动现象，也可以解释光电效应和康普顿散射等粒子特性。
2.2 光的传播速度光在真空中的传播速度是一个常数，即光速。
根据爱因斯坦的相对论理论，光速是宇宙中最快的速度，为299,792,458米/秒。
三、光的传播3.1 光的直线传播光在各向同性介质中的传播遵循直线传播的规律。
当光从一个介质进入另一个介质时，会发生折射现象，即光线的传播方向发生改变。
3.2 光的反射和折射光在与界面相交时，会发生反射和折射。
根据斯涅尔定律，入射角、反射角和折射角之间满足一定的关系。
3.3 光的散射光在与物体相互作用时，会发生散射现象。
根据散射的特点，可以分为弹性散射和非弹性散射。
四、光的干涉和衍射4.1 光的干涉当两束光相遇时，它们会发生干涉现象。
干涉可以分为相干干涉和非相干干涉，其中相干干涉是基于光的波动性质的。
4.2 光的衍射当光通过一个小孔或者绕过一个障碍物时，会产生衍射现象。
衍射是光的波动性质的重要表现。
4.3 光的干涉和衍射应用干涉和衍射广泛应用于光学仪器和光学技术中，如干涉仪、衍射光栅和激光等。
五、光的偏振5.1 光的偏振现象光的偏振是指光波中电场矢量振动方向的特性。
偏振光可以分为线偏振光、圆偏振光和椭偏振光。
5.2 光的偏振现象解释光的偏振现象可以通过光的波动理论和光的粒子理论来解释。
5.3 光的偏振应用光的偏振在光学仪器、通信和光学材料等领域有着广泛的应用。
六、光的光谱6.1 光的光谱特性光的光谱是指光在频率或波长上的分布特性。
根据光的频率或波长范围，可以分为可见光谱、红外光谱和紫外光谱等。
现代光学课程讲义：第3章 光偏振技术基础
第三章光偏振技术基础随着激光器的出现和激光技术的发展，古老的光学获得新的生命，其应用范围日益扩大，有的已发展成高科技产业，有的则形成新型检测技术，例如：光纤通信、光大气通信、光盘存储、光全息技术、光弹技术、光散射技术、激光加工技术、光调制技术以及光传感技术等。
为了进一步发展和应用这些技术，经常需要处理光的偏振问题，因而已开始形成光学技术中新的分支：光偏振技术。
随着光纤技术、光调制技术、光检测技术以及光传感技术的发展和应用的日益广泛，例如：在晶体中如何处理多参量同时作用下的偏振光传输问题；晶体中线偏振光和圆偏振光、自然旋光和磁旋光的分离问题；如何处理单模光纤中圆偏振光和线偏振光的去耦合；如何处理光纤器件中偏振光传输、控制和检测；如何处理光散射的偏振；以及高速光通信中偏振模色散的检测和补偿等等一系列有关偏振的传输、分离、检测、控制和补偿问题，是光调制、光弹技术、光传感、光散射等技术中急需解决的基本问题。
§1 偏振器在光电子技术应用中，经常需要偏振度很高的线偏振光。
除了某些激光器本身即可产生线偏振光外，大部分都是通过对入射光进行分解和选择获得线偏振光的。
我们将能够产生偏振光的装置，包括仪器、器件等，称为起偏器(Polarizer)。
用来检测偏振光及其偏振方向的装置，叫检偏器(Analyzer)。
当然，起偏器也可用来作检偏器，二者无实质性的差别，只是用途不同，完全可以互换。
根据偏振器的工作原理不同，可以分为双折射型、反射型、吸收型和散射型偏振器。
其中反射型和散射型因其存在消光比差、抗损伤能力低等缺点，应用受到限制。
在光电子技术中，由于液晶技术的成熟，目前除了大量采用双折射型偏振器外，吸收型偏振器也已经得到广泛应用。
由晶体双折射特性的讨论已知，一块晶体本身就是一个偏振器，从晶体中射出的两束光都是线偏振光。
但是，由于从晶体中射出的两束光通常靠得很近，不便于分离应用。
所以，实际的偏振器，或者利用两束偏振光折射的差别，使其中一束在偏振器内发生全反射或散射，而让另一束光通过；或者利用某些各向异性介质的二向色性，吸收掉一束线偏振光，而使另一束线偏振光通过。
静水流深的光学讲义
静水流深的光学讲义
摘要：
1.引言：光学的重要性
2.光的性质：波动性和粒子性
3.光学原理：几何光学和物理光学
4.应用领域：成像、通信、能源等
5.结论：光学的发展前景
正文：
【引言】
光学是一门研究光的性质、产生、传播、转换和作用的科学。
在现代科技领域，光学发挥着举足轻重的作用，涉及到众多学科，如物理学、化学、生物学、电子工程等。
本文将从光的性质、光学原理以及应用领域等方面，介绍光学的基本知识。
【光的性质：波动性和粒子性】
光既具有波动性，也具有粒子性。
波动性表现为光的传播具有干涉、衍射和偏振等现象。
粒子性则表现为光具有能量量子化的特点，光的粒子称为光子。
这一特性使得光学研究具有挑战性，同时也为光学技术带来了多样性。
【光学原理：几何光学和物理光学】
光学原理主要包括几何光学和物理光学两个方面。
几何光学主要研究光在传播过程中的成像和放大等问题，涉及到凸透镜、凹透镜、平面镜等光学元件。
物理光学则关注光的波动性和粒子性，研究光的传播、干涉、衍射等性
质。
【应用领域：成像、通信、能源等】
光学在众多领域具有广泛的应用。
在成像方面，光学成像技术为摄影、显微镜、望远镜等领域提供了重要支持。
在通信领域，光纤通信已成为现代通信网络的重要组成部分。
此外，光学在能源领域也发挥着重要作用，如太阳能电池、光催化等。
【结论】
光学作为一门跨学科的科学，对于现代科技的发展具有举足轻重的地位。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
重点高校自主招生网络课程讲义
(i1 i2 ) (i1 i2 )
i1 i1
其中 sin i1 nsin i2
sin i2 nsin i1
当 i1 i1
时（此时 i2 i2
），偏折角最小： 2
min
2i1
2 arcsin(n sin
) 2
或者
n
sin
min 2
，利用此式可以测棱镜的折射率
sin
2
横截面为等腰直角三角形的棱镜称全反射棱镜。
霓虹原理：虹和霓是太阳被大气中的小水滴折射和反射形成的色散现象。 阳光在水滴上经两次折射和一次反射，形成内紫外红的虹； 阳光经小滴两次折射和两次反射，形成内红外紫的霓。
由于霓经过两次反射，因此光线较弱，不容易看到。
阳光
紫
红
红
紫 阳光
4
做诚信、务实、创新、自强，受人尊敬的教育品牌！
线经反射后平行于主轴。
球面镜成像公式
11 1
A
u f
注意：符号遵循“实取正，虚取负”的原则。即：凹镜 焦距 f 取正，凸镜焦距 f 取负；实物 u 取正，虚物 u 取负； 实像 v 为正，虚像 v 为负。
像长和物长之比为成像放大率，用 m 表示，
F S C S
5
做诚信、务实、创新、自强，受人尊敬的教育品牌！
物-像共轭 像是客观的，与人是否观察到无关
二、光的反射
例1.如图所示，AB 表示一平直的平面镜， P1P2 是水平放置的 米尺（有刻度的一面朝着平面镜），MN 是屏，三者相互平
P1 S
行，屏 MN 上的 ab 表示一条竖直的缝（即 ab 之间是透光 M a
的）。某人眼睛紧贴米尺上的小孔 S（其位置如图所示）， A
n2 n1
n21
（ n1 ：绝对折射率；n21 ：2 相对 1 折射率）；
②全反射：光由光密介质向光疏介质，且入射角大于临界角 C（1 为光密介质）
sin C n2 n1
1. 多层介质折射
如图：多层介质折射率分别为 n1, n2 , n3 则由折射定律得： n1 sin i1 n2 sin i2 nk sin ik
同侧 f～2f
放大
倒
实
f
放大
f～0
异侧 ～0
放大
正
虚
虚物
异侧 0～f
缩小
正
实
表Ⅱ 凸镜成像情况
物的性质
物的位置
像的位置
像的大小
像的正倒
像的性质
实物
f～
同侧 0～f
缩小
正
虚
～2f
同侧 f～2f
缩小
倒
虚
2f
同侧 2f
等大
倒
虚
虚物
f～2f
同侧 ～2f
放大
倒
虚
f
f～0
异侧 ～0
放大
正
实
球面镜多次成像 球面镜多次成像原则：只要多次运用球面镜成像公式即可，但有
北京新百年教育
重点高校自主招生网络课程讲义
m h hu
由成像公式和放大率关系式可以讨论球面镜成像情况，对于凹镜，如表Ⅰ所列；对 于凸镜，如表Ⅱ所列。
表Ⅰ 凹镜成像情况
物的性质
物的位置
像的位置
像的大小
像的正倒
像的虚实
实物
同侧 f
缩小
倒
实
～2f
同侧 f～2f
缩小
倒
实
2f
同侧 2f
等大
倒
实
2f～f
可通过平面镜看到米尺的一部分刻度。试在本题图上用三
角板作图求出可看到的部位，并在 P1P2 上把这部分涂以
标志。
P2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
b
N
B
答案：
S P1
E F P2
Ma
bN
A CD
B
S
1
做诚信、务实、创新、自强，受人尊敬的教育品牌！
北京新百年教育
重点高校自主招生网络课程讲义
平面镜成像特点： “正立、等大、虚像”,但左右倒置。 1、组合平面镜成像——会出现复像（多个像） ①两面互相垂直的平面镜 规律：虚像都位于以 O 为圆心、OS 为半径的圆上，而且物像之间都以平面镜（或
北京新百年教育
重点高校自主招生网络课程讲义
第十二讲 光学
知识概要——几何光学
一、几何光学基础 1、光的直线传播 2、光的独立传播原理 3、光路可逆原理 4、像：物点发出的发散光束,经过光学元件后,有三种可能:①会聚于一点——实像点;
②成为发散光束,其反向延长线的会聚点——虚像点；③成为平行光束，不成像。
时前一个球面镜反射的光线尚未成像便又遇上了后一个球面镜，此时就要引进虚物
的概念。
例3.如图所示，半径为 R 的凸镜和凹镜主轴相互重合放置，两镜顶点 O1 、 O2 相距 2.6R，
现于主轴上距凹镜顶点 O1 为 0.6R 处放一点光源 S。
设点光源的像只能直接射到凹镜上，问 S 经凹镜和
2. 平面折射的视深
垂直液面方向观察： 视深 h h n
h
i1
n1
i2 n2
i3
n3
x O
h′ Q′
i′nR
M i
Q
3. 棱镜的折射与色散 A
偏折角：出射光线与入射光线（延长线)的夹角δ
α
δ i′1
i1 E i2 i′2 F
G
D
折射率
B
C
3
做诚信、务实、创新、自强，受人尊敬的教育品牌！
北京新百年教育
北京新百年教育
重点高校自主招生网络课程讲义
注意：所有面镜、透镜的成像，由于像差等因素的影响，只讨论近轴光线的成像
四、光在球面上的反射与折射
1. 球面镜成像——凹镜、凸镜
焦点：凹面镜是实焦点，凸面镜是虚焦点。 焦距：在近轴光线的条件下有
f R 2
O
F
C
三条特殊光线,即:①经过球面中心 C 的光 线经反射后沿原路返回;②平行于主轴的光线经反射后过焦点 F;③经过焦点的光
它们的延长线）保持着对称关系。
A
S1
S
O
B
S2
S3
S1 S
S4
O S5
S2
S3
②两面平面镜成 60º 应用规律，作图法确定——5 个像
例2.要在一张照片上同时拍摄物体正面和几个不同侧面的像，可以在物体的后面放两个直立 的大平面镜 AO 和 BO，使物体和它对两个平面镜所成的像都摄入照像机，如图所示。图 中带箭头的圆圈 P 代表一个人的头部（其尺寸远小于 OC 的长度），白色半圆代表人的脸 部，此人正面对着照相机的镜头；有斜线的半圆代表脑后的头发；箭头表示头顶上的帽 子，俯视图如下，若两平面镜的夹角∠AOB=72º，设人头的中心恰好位于角平分线 OC 上，且照相机到人的距离远大于到平面镜的距离。 1、试在图中标出 P 的所有像的方位示意图。 2、在方框中画出照片上得到的所有的像（分别用空白和斜线表示脸和头发，用箭头表
示头顶上的帽子）。 本题只要求画出示意图，但须力求准确。
A O
B C P
A
C
O
P
2
做诚信、务实、创新、自强，受人尊敬的教育品牌！
北京新百年教育
重点高校自主招生网络课程讲义
答案：
A
P
O
B
图 1-2-12
图 1-2-13
三、光的折射 折射规律：
①
n1 sin i1
n2
sin
i2
或
sin sin
i1 i2