光学知识简述PPT课件
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《光学》PPT课件
6
•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。
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2. 物像关系基础公式
• 高斯公式：
p 为物距，q 为像距，f 为焦距
在一般摄影时像距其实与焦距非常接近， 但是在微距摄影时，像距则可能大于焦距，此 时放大率会超过 1。利用高斯公式其实也可以 导出放大率公式：
放大率 M﹦p/q
2. 色差
• 透镜最主要像差一般为色差，大家都知道三棱 镜会将白光分散为光谱，透镜的侧面看来其实 也像棱镜，所以会有色差，红光波长较长，结 果红光焦点就比蓝光焦点长，因此焦点不在同 一平面上，所以目镜看红光影像清晰，蓝光影 像就不清晰，反之亦然，用没有消色差的透镜 当物镜就会看到物体镶了红边或蓝边，不够清 晰。
称轴线 今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、
二、成像基本概念 1、透镜类型 正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜
会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转
负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜
发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转
2、透镜作用－－－成像
1. 焦距
在单透镜而言，如果窗外景物够远，那么透镜到倒立影像之距离 可视为焦距。如要更确实的量测，可以对着太阳在地面呈像，再 量测透镜到影像的距离。
• 要知道真正的焦距，还有一个方法，就是用物距与像距来计算， 因为物距与像距的比与物高与像高的比值是一样的，物高可以找 一个已知高度的物体，像高可以量测，物距可以量测，像距就可 以计算出来，而物距超过焦距五十倍以上时，算出来的像距已经 极接近焦距的数值。
第五节 光学系统类别和成像的概念
各种各样的光学仪器 显微镜:观察细小的物体 望远镜:观察远距离的物体
各种光学零件——反射镜、透镜和棱镜
光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起来，满足一定的要求
《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
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干涉现象及其条件分析
干涉现象定义
干涉是指两列或几列光波在空间某些区域 叠加时，相互加强或减弱的现象。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同、相 位差恒定。
常见干涉类型
杨氏双缝干涉、薄膜干涉等。
干涉现象应用
测量光波波长、检测光学元件表面质量等 。
衍射现象及其分类讨论
衍射现象定义
衍射是指光波在传播过程中，遇
黑体辐射概念及历史背景
01
阐述黑体辐射的定义、历史背景以及与经典物理学的矛盾。
普朗克黑体辐射公式
02
介绍普朗克为解决黑体辐射问题提出的能量量子化假设，以及
由此导出的黑体辐射公式。
公式验证及意义
03
通过实验验证普朗克公式的正确性，并探讨其在物理学史上的
重要意义。
光电效应实验原理及结果分析
1 2 3
光电效应实验装置及原理
到障碍物或穿过小孔时，偏离直
线传播的现象。
01
衍射分类
02 根据障碍物或孔的尺寸与光波长
的相对大小，可分为菲涅尔衍射
和夫琅禾费衍射。
常见衍射现象
单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射 等。 03
衍射现象应用
04 光谱分析、光学成像等。
偏振现象及其产生原因分析
偏振现象定义
偏振是指光波中电场矢量方向在传播过程中有规则变化的 现象。
介绍量子光学的研究内容，包括光的量子态、量子纠缠、量子通信等，
以及该领域的研究进展和未来发展方向。
03
量子光学在现代科技中应用前景
探讨量子光学在现代科技中的应用前景，如在量子计算、量子通信、量
子精密测量等领域的应用潜力。
05
非线性光学简介
《光学基本知识讲座》课件
光学在军事中的应用
总结词
光学技术在军事侦察和武器系统中的应用
详细描述
光学技术在军事领域的应用包括红外侦察、 激光雷达、瞄准和测距等。这些技术提高了 军事侦察和武器系统的精度和效率，对现代
战争的胜负具有关键作用。
04
光学发展历程
光学发展史简介
古代光学
古代文明对光的研究和利用，如反射、折射等简单光 学现象的发现和应用。
全息摄影技术
总结词
全息摄影原理及应用
详细描述
全息摄影技术利用光的干涉和衍射原理，记 录并重现三维物体的光波信息。全息照片具 有立体感和视角任选的特性，广泛应用于产 品展示、艺术创作和安全识别等领域。
光学在医学中的应用
总结词
光学在医学诊断和治疗中的应用
详细描述
光学技术在医学领域具有广泛的应用 ，如光学显微镜用于细胞观察，激光 用于手术切割和眼科治疗，以及光学 成像技术用于无创检测和诊断。
文艺复兴时期
科学方法的兴起，对光的本质和传播方式的研究逐渐 深入。
19世纪
光学理论体系逐渐完善，如波动光学和几何光学的发 展。
光学重大发明和发现
01
02
03
牛顿的棱镜实验
揭示了白光是由不同颜色 的光组成，奠定了光谱学 的基础。
干涉现象的发现
为波动光学的建立提供了 重要依据。
激光的发明
开创了光学的新领域，对 科技、工业、医疗等领域 产生了深远影响。
实验材料
光源、衍射板、屏幕等 。
Hale Waihona Puke 实验步骤将光源对准衍射板中心 ，调整光源与衍射板距 离；观察衍射现象并记
录。
注意事项
注意保护眼睛，避免直 接照射光源；调整仪器
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精选
红色光线的焦点比蓝色光线的焦点更远离镜片。
精选
轴向色像差涉及到成像的焦点距离，引起色 彩产生松散或光斑；
倍率色像差别则涉及到成像的大小，在画面 周围引起色彩错开，形成扩散的彩色条纹，如镶 边现象。
精选
消除色差的常用办法之一是采 用不同色散材料的光学元件来组 成镜头，用其中的一种光学元件 的正色散来抵消另一种光学元件 所产生的负色差。例如我们公司 望远镜的消色差镜，利用折射率 较低的PMMA做凸透镜，利用折 射率较高的PC做凹透镜，然后将 两者配合在一起使用。
精选
双胶合镜的消色
差作用对于焦距较 长 (如300mm以上) 的镜头效果会不理 想，因为镜头焦距 愈长，由色散而引 起的色差也就愈严 重。
对于长焦镜头， 更常用的办法是采 用特殊色散或超低 色散玻璃来制作光 学元件。
精选
球差、像散、慧差、场曲和畸变
精选
球差
精选
由主轴上某一物点向光学系统发出的单色平行光 束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径角的 各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴 上的理想像平面处，形成一弥散光斑（俗称模糊 圈），则此光学系统的成像误差称为球差。
精选
双胶合镜中间波长焦距较短、长波和短 波光线焦距较长。
通过合理的选择镜片球面曲率、双胶合 镜的材料，可以使蓝光、红光焦距恰好相 等，这就基本消除了色差。
精选
只对两种有色光校正色差的，称为稳定 的消色差镜头；
若对三种有色光同时校正色差的称为复 消色差镜头；
而对四种有色光校正色差的则称为超消 色差镜头。
场曲和彗差都与视场大小有关，视场越大则越严 重，所以现代望远镜不是很追求广角设计。在视场 较小的天文望远镜中，场曲和彗差就要轻微得多。
红色光线的焦点比蓝色光线的焦点更远离镜片。
精选
轴向色像差涉及到成像的焦点距离，引起色 彩产生松散或光斑；
倍率色像差别则涉及到成像的大小，在画面 周围引起色彩错开，形成扩散的彩色条纹，如镶 边现象。
精选
消除色差的常用办法之一是采 用不同色散材料的光学元件来组 成镜头，用其中的一种光学元件 的正色散来抵消另一种光学元件 所产生的负色差。例如我们公司 望远镜的消色差镜，利用折射率 较低的PMMA做凸透镜，利用折 射率较高的PC做凹透镜，然后将 两者配合在一起使用。
精选
双胶合镜的消色
差作用对于焦距较 长 (如300mm以上) 的镜头效果会不理 想，因为镜头焦距 愈长，由色散而引 起的色差也就愈严 重。
对于长焦镜头， 更常用的办法是采 用特殊色散或超低 色散玻璃来制作光 学元件。
精选
球差、像散、慧差、场曲和畸变
精选
球差
精选
由主轴上某一物点向光学系统发出的单色平行光 束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径角的 各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴 上的理想像平面处，形成一弥散光斑（俗称模糊 圈），则此光学系统的成像误差称为球差。
精选
双胶合镜中间波长焦距较短、长波和短 波光线焦距较长。
通过合理的选择镜片球面曲率、双胶合 镜的材料，可以使蓝光、红光焦距恰好相 等，这就基本消除了色差。
精选
只对两种有色光校正色差的，称为稳定 的消色差镜头；
若对三种有色光同时校正色差的称为复 消色差镜头；
而对四种有色光校正色差的则称为超消 色差镜头。
场曲和彗差都与视场大小有关，视场越大则越严 重，所以现代望远镜不是很追求广角设计。在视场 较小的天文望远镜中，场曲和彗差就要轻微得多。
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[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
《初中物理光学》PPT课件
课件•光学基础知识•透镜及其应用•光的色散与光谱目录•光的干涉与衍射•光学仪器与使用•光学实验与探究光学基础知识光是一种电磁波光的传播速度光的传播路径030201光的本质与传播光源与光线光源能够自行发光的物体称为光源。
如太阳、电灯等。
光线为了形象地表示光的传播路径和方向，我们通常用一条带箭头的直线来表示光线。
箭头指向表示光的传播方向。
光线的分类根据光源和光线的特点，可以将光线分为平行光线、发散光线和会聚光线等。
光的直线传播光沿直线传播的条件01光沿直线传播的现象02光沿直线传播的应用03光的反射与折射光的反射光的折射反射与折射的应用透镜及其应用透镜的种类与性质凸透镜凹透镜透镜的焦点和焦距凸透镜成像规律当物体为实物时，成正立、缩小的虚像，像和物在同一侧。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距（指绝对值）以内时，成正立、放大的实像，像与物在透镜的同侧。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距（指绝对值）时，成像于无穷远。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距以外两倍焦距以内（均指绝对值）时，成倒立、放大的虚像，像与物在透镜的异侧。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为两倍焦距（指绝对值）时，成与物体同样大小的虚像，在透镜异侧。
凹透镜成像规律老花眼镜利用凸透镜对光线的会聚作用制成的。
利用凹透镜对光线的发散作用制成的。
放大镜利用凸透镜成正立、放大的虚像的原理制成的。
照相机利用凸透镜成像规律中物距大投影仪立、放大的实像的原理制成的。
透镜在生活中的应用光的色散与光谱光的色散现象光的色散现象原理光的色散现象定义不同颜色的光在介质中的折射率不同，因此当复色光通过棱镜等介质时，会被分解为不同颜色的单色光。
光的色散现象实例光谱的分类根据产生方式不同，光谱可分为发射光谱、吸收光谱和反射光谱等。
光谱的概念光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。
光谱的特点不同元素或化合物在特定条件下产生的光谱具有特征性，因此光谱分析在化学、物理等领域具有广泛应用。
物理光学基础知识ppt课件
04
光源与光谱分析
光源类型及特性
1 2 3
热辐射光源
通过加热物体产生光辐射，如白炽灯、黑体辐射 源等。具有连续的光谱分布，色温与发光体温度 相关。
气体放电光源
利用气体放电产生光辐射，如荧光灯、钠灯等。 光谱分布与放电物质及条件有关，可实现特定波 长的光输出。
激光光源
通过受激辐射产生相干光，具有单色性、方向性 和高亮度等特点。广泛应用于科研、工业、医疗 等领域。
光谱分析原理及方法
光谱分析原理
01
不同物质具有不同的光谱特征，通过对物质发射、吸收或散射
的光进行分析，可以了解物质的成分、结构等信息。
光谱分析方法
02
包括发射光谱分析、吸收光谱分析、拉曼光谱分析、荧光光谱
分析等。各种方法具有不同的特点和适用范围。
光谱仪器
03
常用的光谱仪器有分光光度计、光谱仪、原子发射光谱仪等。
衍射现象
单缝衍射
单色光通过单缝时，在屏幕上形成中央亮纹、两侧明暗相 间的衍射条纹，表明光在传播过程中遇到障碍物或小孔时 会发生偏离直线传播的现象。
圆孔衍射
单色光通过小圆孔时，在屏幕上形成明暗相间的圆环状衍 射条纹，揭示了光的波动性。
泊松亮斑
当单色光照射到不透光的小圆板上时，在圆板后面的屏幕 上会出现一个亮斑，即泊松亮斑，这是光的衍射现象的一 个著名实例。
于携带和使用。
智能化
结合人工智能和机器学习技术 ，实现光学设备的自动化和智 能化操作。
多功能化
将多种光学功能集成在一个设 备上，提高设备的综合性能。
高精度化
提高光学设备的测量精度和稳 定性，满足高精度测量和实验
需求。
06
总结与展望
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
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15
照度:对被照物体表面而言，它单位面积上所接 受的光通量，称为该被照面的照度，照度用 符号E表示，单位为勒克斯（lx） 被光均匀照射的平面照度为：
E S
16
色温是电光源的技术参数之一。当光源的发光 颜色与黑体(能吸收全部光能的物体）加热到某 一个温度所发出的光的颜色相同时，称该温度 为光源的颜色温度，简称色温。
对于不同的物体在相同照射情况下，反 射越强，则看起来越亮
10
色调
色调是人眼对的光的彩色感觉，它反映颜 色的种类，是决定颜色的基本特性。
某一物体的色调，是指该物体在日光照射 下，反射的各光谱成分作用于人眼的综合 效果
对于透射物体则是透过该物体的光谱综合 作用的结果。
11
饱和度
饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度， 或者说是指颜色的深浅程度，对于同一色 调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明或说 越纯。
4
（2）视角，物体的尺寸与物体到任眼的距离的比 值为视角
（3）亮度对比，只有被观察的物体与其北京在亮 度和颜色上存在差别时，人眼才能正常分辨。差别 越大，看得越清楚，视觉越好。
（4）识别时间，指在一定的照度条件下，看清楚 物体所用的时间。视角大的物体 ，照度高的地方， 识别时间越短
（5）眩光，视影响视觉的重要因素。
物体的亮度越大，人们就会感到它越亮
13
发光强度是表征光源(物体)发光能力大小的物理量。
光源在某一特定方向上单位立体角内(每球面度， 球的面积为4πR2所张球面度为4π）辐射的光通 量，称为光源在该方向上的发光强度 (简称光强)，用符号I表示，单位为坎德拉(cd)。
对于向各方向均匀辐射光通量的光源，各方向 的光强相等，其值为：
5
过高的亮度或强烈的亮度对比，则会引起眼睛的 不舒适感而造成视力下降，这种现象称为眩光。 其原因是由于高亮度的刺激使瞳孔缩小;角膜或晶 状体等眼内组织产生的光散射在眼内形成光幕;视 网膜受高亮度的刺激使眼的明暗适应状态变坏， 甚至导致破坏。
照度:对被照物体表面而言，它单位面积上所接 受的光通量，称为该被照面的照度，照度用 符号E表示，单位为勒克斯（lx） 被光均匀照射的平面照度为：
E S
16
色温是电光源的技术参数之一。当光源的发光 颜色与黑体(能吸收全部光能的物体）加热到某 一个温度所发出的光的颜色相同时，称该温度 为光源的颜色温度，简称色温。
对于不同的物体在相同照射情况下，反 射越强，则看起来越亮
10
色调
色调是人眼对的光的彩色感觉，它反映颜 色的种类，是决定颜色的基本特性。
某一物体的色调，是指该物体在日光照射 下，反射的各光谱成分作用于人眼的综合 效果
对于透射物体则是透过该物体的光谱综合 作用的结果。
11
饱和度
饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度， 或者说是指颜色的深浅程度，对于同一色 调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明或说 越纯。
4
（2）视角，物体的尺寸与物体到任眼的距离的比 值为视角
（3）亮度对比，只有被观察的物体与其北京在亮 度和颜色上存在差别时，人眼才能正常分辨。差别 越大，看得越清楚，视觉越好。
（4）识别时间，指在一定的照度条件下，看清楚 物体所用的时间。视角大的物体 ，照度高的地方， 识别时间越短
（5）眩光，视影响视觉的重要因素。
物体的亮度越大，人们就会感到它越亮
13
发光强度是表征光源(物体)发光能力大小的物理量。
光源在某一特定方向上单位立体角内(每球面度， 球的面积为4πR2所张球面度为4π）辐射的光通 量，称为光源在该方向上的发光强度 (简称光强)，用符号I表示，单位为坎德拉(cd)。
对于向各方向均匀辐射光通量的光源，各方向 的光强相等，其值为：
5
过高的亮度或强烈的亮度对比，则会引起眼睛的 不舒适感而造成视力下降，这种现象称为眩光。 其原因是由于高亮度的刺激使瞳孔缩小;角膜或晶 状体等眼内组织产生的光散射在眼内形成光幕;视 网膜受高亮度的刺激使眼的明暗适应状态变坏， 甚至导致破坏。
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3
❖ 前言 光的本质-电磁波1
0.1 电磁波
–概念：
–振动在空间的传播形成了 波。在水面波中，发生振 动着的是水分子的位移矢 量。 –波动（wave）是一种传 递振动、传递能量但不传 送质量的运动形式。
4
❖ 前言 光的本质-电磁波2 – 波的分类 – 根据传递方式分为：
– 机械波 (也称力学波 ，mechanical wave ) – 电磁波 ( electromagnetic, EM, wave )
26
谢 谢！
27
个人观点供参考，欢迎讨论！
1. 被研究对象(如狭缝,小孔,透镜口径,挡光屏等)的 几何尺寸D远大于入射光波波长λ
D/λ >>1 衍射现象不明显，定律适用。 D/λ ~ 1 衍射现象明显，定律不适用。
11
❖ 第一章 几何光学-成立条件2
1.1 成立条件
2. 入射光强不太强 在强光作用下可能会出现新的光学现象。
注意：几何光学的基本实验定律有一质相对于真空的折射率
nc/v
其中
，折射率不仅与介质有
关，还与光的频率有关。
nsini c sinr v
称为绝对折射率，简称折射率。
根据折射率大小，介质可分为光密介质和光疏介质。
20
❖ 第一章 几何光学-基本定理7
几种介质的折射率
介质 金刚石 玻璃 水晶 岩盐
冰
折射率 2.42
1.50 ~ 1.75 1.54 ~ 1.56
《光学》，前3~2世纪，欧几里得著，已指出光在平面 上反射时，入射角等于反射角。其后研究了光的折射等成 像规律，并制成各种光学元件。
1672年，牛顿分光实验，白光中包含不同颜色的光。 1678年，惠更斯提出波动说。 1704年，牛顿提出微粒说。 1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人 们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。
费马原理的表述
费马定理：光从空间的一点到另一点，是延光程极 值的路径传播的；或者说，光线延光程的极大、极 小或常量路径传播。 费马用光程的概念把几何光学的基本定律归结为一 个统一的基本原理，是基本定律的普遍表述。它可 以从总体上确定不考虑衍射时，光线行进的路径。 它是几何光学的最基本的定律，上述的几个定律皆 由此导出。
强光折射引起自聚焦
12
❖ 第一章 几何光学-光线的表示1
1.2 光线的表示
光线 ：光能量的传播方向的几何线。
理想模型：不是细光束
S 均匀各向同性介质：直线
非均匀介质：曲线
13
这一章是研究光在均匀介质中的传播和成像问题。
13
❖ 第一章 几何光学-光线的表示2 光束与波面
典型有：平行光束、同心光束（会聚或发散）和象散 光束。
1.54 1.31
介质 水
酒精 乙醚 水蒸气 空气
折射率 1.33 1.36 1.35 1.026 1.0003
21
❖ 第一章 几何光学-基本定理8 全反射定理：当光线从光密介质入射到光疏介质 中，当入射角大于一定值，光线全部返回光密介 质中，返回光线遵循反射定理。
入射角称临界角：
sin C 1 sin 90 n
– 根据波动的特性分为：
– 横波 ( Transverse Wave ) – 纵波( Longitudinal Wave )
5
❖ 前言 光的本质-电磁波3
– 横波 ( Transverse Wave ) – 纵波( Longitudinal Wave )
6
❖ 前言 光的本质-光波1
0.2 光波
定义：长期以来的科学理论和实验证实，光是一种频
22
❖ 第一章 几何光学-基本定理9 全反射的应用
全反射棱镜
光学纤维
23
❖ 第一章 几何光学-基本定理10
光路可逆定理
光线传播的可逆性 · 令 CO 为入射光线， 则 OA 为反射光线（反 射定律） · 令 BO 为入射光线， 则 OA 为折射光线（折 射定律） 由此说明光的传 播是可逆的，即光路 的可逆性。
24
❖ 第一章 几何光学-基本定理11
费马定理
光程：介质折射率n和光线在介质内传播的距 离l的乘积。
〔 l 〕= n l
光程的概念可理解为： 光在介质中通过真实路程所需时间内，在真空中所能 传播的距离。 光在不同的介质中，相同的时间内传播的几何路程不 同，但光程相同。
25
❖ 第一章 几何光学-基本定理12
光学知识简述（一）
目录
• 前 言 光的本质 • 第一章 几何光学 • 第二章 物理光学 • 第三章 光电效应 • 第四章 激光
❖ 前言 光的本质-光学历史
《墨经》，成书于公元前4~3世纪，其中已有对于小孔 成象、镜面反射的描述，其中已包含了 光线及其沿直线传 播思想，但没有对光的本质进行深入的思考。
弧矢 焦线
子午 焦线
14
❖ 第一章 几何光学-基本定理1
1.3 基本定理
直线传播定理：光在均匀介质中沿直线路 经行进。( 忽略衍射现象 )
15
❖ 第一章 几何光学-基本定理2 光在非均匀介质中的传播
16
❖ 第一章 几何光学-基本定理3 光的独立传播定律：以不同的途径传播的 光同时在空间某点通过时，彼此互不影响， 各路光好像其他光线不存在似地独立传播。 而在各路光相遇处，其光强度是简单地相 加，总是增强的。( 忽略干涉现象 ) 注意：光不能太强
17
❖ 第一章 几何光学-基本定理4
反射与折射定律
反射定理：光线在两种介质的分界面上发生反射，反射
角等于入射角。
I I
折射定理：光线在两种介质的
分界面上发生折射，折射角与入 射角满足关系
斯涅耳公式 n 2sii2 nn 1sii1 n
18
❖ 第一章 几何光学-基本定理5 光的反射与折射
19
❖ 第一章 几何光学-基本定理6
率极高的电磁波。以可见光为例，其频率在
赫
兹（Hz）。
7
❖ 前言 光的本质-光波2
– 光波的数学表示
右手定则
8
❖ 前言 光的本质-光波3
– 波段
– 可见光的组成
9
❖前言 光的本质-光学的分类
1、几何光学 2、波动光学 3、量子光学 4、现代光学
10
❖ 第一章 几何光学-成立条件1
1.1 成立条件
❖ 前言 光的本质-电磁波1
0.1 电磁波
–概念：
–振动在空间的传播形成了 波。在水面波中，发生振 动着的是水分子的位移矢 量。 –波动（wave）是一种传 递振动、传递能量但不传 送质量的运动形式。
4
❖ 前言 光的本质-电磁波2 – 波的分类 – 根据传递方式分为：
– 机械波 (也称力学波 ，mechanical wave ) – 电磁波 ( electromagnetic, EM, wave )
26
谢 谢！
27
个人观点供参考，欢迎讨论！
1. 被研究对象(如狭缝,小孔,透镜口径,挡光屏等)的 几何尺寸D远大于入射光波波长λ
D/λ >>1 衍射现象不明显，定律适用。 D/λ ~ 1 衍射现象明显，定律不适用。
11
❖ 第一章 几何光学-成立条件2
1.1 成立条件
2. 入射光强不太强 在强光作用下可能会出现新的光学现象。
注意：几何光学的基本实验定律有一质相对于真空的折射率
nc/v
其中
，折射率不仅与介质有
关，还与光的频率有关。
nsini c sinr v
称为绝对折射率，简称折射率。
根据折射率大小，介质可分为光密介质和光疏介质。
20
❖ 第一章 几何光学-基本定理7
几种介质的折射率
介质 金刚石 玻璃 水晶 岩盐
冰
折射率 2.42
1.50 ~ 1.75 1.54 ~ 1.56
《光学》，前3~2世纪，欧几里得著，已指出光在平面 上反射时，入射角等于反射角。其后研究了光的折射等成 像规律，并制成各种光学元件。
1672年，牛顿分光实验，白光中包含不同颜色的光。 1678年，惠更斯提出波动说。 1704年，牛顿提出微粒说。 1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人 们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。
费马原理的表述
费马定理：光从空间的一点到另一点，是延光程极 值的路径传播的；或者说，光线延光程的极大、极 小或常量路径传播。 费马用光程的概念把几何光学的基本定律归结为一 个统一的基本原理，是基本定律的普遍表述。它可 以从总体上确定不考虑衍射时，光线行进的路径。 它是几何光学的最基本的定律，上述的几个定律皆 由此导出。
强光折射引起自聚焦
12
❖ 第一章 几何光学-光线的表示1
1.2 光线的表示
光线 ：光能量的传播方向的几何线。
理想模型：不是细光束
S 均匀各向同性介质：直线
非均匀介质：曲线
13
这一章是研究光在均匀介质中的传播和成像问题。
13
❖ 第一章 几何光学-光线的表示2 光束与波面
典型有：平行光束、同心光束（会聚或发散）和象散 光束。
1.54 1.31
介质 水
酒精 乙醚 水蒸气 空气
折射率 1.33 1.36 1.35 1.026 1.0003
21
❖ 第一章 几何光学-基本定理8 全反射定理：当光线从光密介质入射到光疏介质 中，当入射角大于一定值，光线全部返回光密介 质中，返回光线遵循反射定理。
入射角称临界角：
sin C 1 sin 90 n
– 根据波动的特性分为：
– 横波 ( Transverse Wave ) – 纵波( Longitudinal Wave )
5
❖ 前言 光的本质-电磁波3
– 横波 ( Transverse Wave ) – 纵波( Longitudinal Wave )
6
❖ 前言 光的本质-光波1
0.2 光波
定义：长期以来的科学理论和实验证实，光是一种频
22
❖ 第一章 几何光学-基本定理9 全反射的应用
全反射棱镜
光学纤维
23
❖ 第一章 几何光学-基本定理10
光路可逆定理
光线传播的可逆性 · 令 CO 为入射光线， 则 OA 为反射光线（反 射定律） · 令 BO 为入射光线， 则 OA 为折射光线（折 射定律） 由此说明光的传 播是可逆的，即光路 的可逆性。
24
❖ 第一章 几何光学-基本定理11
费马定理
光程：介质折射率n和光线在介质内传播的距 离l的乘积。
〔 l 〕= n l
光程的概念可理解为： 光在介质中通过真实路程所需时间内，在真空中所能 传播的距离。 光在不同的介质中，相同的时间内传播的几何路程不 同，但光程相同。
25
❖ 第一章 几何光学-基本定理12
光学知识简述（一）
目录
• 前 言 光的本质 • 第一章 几何光学 • 第二章 物理光学 • 第三章 光电效应 • 第四章 激光
❖ 前言 光的本质-光学历史
《墨经》，成书于公元前4~3世纪，其中已有对于小孔 成象、镜面反射的描述，其中已包含了 光线及其沿直线传 播思想，但没有对光的本质进行深入的思考。
弧矢 焦线
子午 焦线
14
❖ 第一章 几何光学-基本定理1
1.3 基本定理
直线传播定理：光在均匀介质中沿直线路 经行进。( 忽略衍射现象 )
15
❖ 第一章 几何光学-基本定理2 光在非均匀介质中的传播
16
❖ 第一章 几何光学-基本定理3 光的独立传播定律：以不同的途径传播的 光同时在空间某点通过时，彼此互不影响， 各路光好像其他光线不存在似地独立传播。 而在各路光相遇处，其光强度是简单地相 加，总是增强的。( 忽略干涉现象 ) 注意：光不能太强
17
❖ 第一章 几何光学-基本定理4
反射与折射定律
反射定理：光线在两种介质的分界面上发生反射，反射
角等于入射角。
I I
折射定理：光线在两种介质的
分界面上发生折射，折射角与入 射角满足关系
斯涅耳公式 n 2sii2 nn 1sii1 n
18
❖ 第一章 几何光学-基本定理5 光的反射与折射
19
❖ 第一章 几何光学-基本定理6
率极高的电磁波。以可见光为例，其频率在
赫
兹（Hz）。
7
❖ 前言 光的本质-光波2
– 光波的数学表示
右手定则
8
❖ 前言 光的本质-光波3
– 波段
– 可见光的组成
9
❖前言 光的本质-光学的分类
1、几何光学 2、波动光学 3、量子光学 4、现代光学
10
❖ 第一章 几何光学-成立条件1
1.1 成立条件