光学-第三章习题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。
《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
《物理光学》第3章 光的干涉和干涉仪
d d ∆ = r2 − r1 = x + + y 2 + z 2 − x − + y 2 + z 2 2 2
2 2
2
2
消去根号，化简便得到等光程差面方程式 :
x2 ∆ 2
2
−
y2 + z2 d ∆ − 2 2
条纹对比度主要影响因子: 光源大小 非单色性 振幅比（光强比）
3.4.1 光源大小的影响 (1)光源的临界宽度 ：可见度下降到零时光源的临界宽度。 假设光源只包含两个强度相等的发光点S和S’，S和S’在屏幕 E上各自产生一组条纹，两组条纹间距相等，但彼此有位移。
S ′S 2 − S ′S1 =
2 2
=1
将Δ=mλ代入
x2 mλ 2
2
−
y2 + z2 d mλ − 2 2
2 2
=1
等光程差面是一组以m为参数的回转双曲面族，x轴为回转轴 干涉条纹就是等光程差面与观察屏幕的交线。
结论：
干涉图样是由一系列平行等距的亮带和暗带组成。
1 e= ∝ W W
条纹间距与光波波长有关。波长较短的单色光，条纹较密， 波长较长的单色光，条纹较稀。
λ
§3.1.2 等光程差面和干涉条纹形状 在屏幕上观察到等距的直线干涉条纹条件: d《D，且在Z轴附近观察 设光屏上任意点P的坐标为(x、y、z），则有:
d r1 = S1 P = x − + y 2 + z 2 2 d r2 = S 2 P = x + + y 2 + z 2 2
I0dx为宽度dx的S点元光源的强度，Δ为D点元光源发出的 两束相干光到达P点的光程差。
2 2
2
2
消去根号，化简便得到等光程差面方程式 :
x2 ∆ 2
2
−
y2 + z2 d ∆ − 2 2
条纹对比度主要影响因子: 光源大小 非单色性 振幅比（光强比）
3.4.1 光源大小的影响 (1)光源的临界宽度 ：可见度下降到零时光源的临界宽度。 假设光源只包含两个强度相等的发光点S和S’，S和S’在屏幕 E上各自产生一组条纹，两组条纹间距相等，但彼此有位移。
S ′S 2 − S ′S1 =
2 2
=1
将Δ=mλ代入
x2 mλ 2
2
−
y2 + z2 d mλ − 2 2
2 2
=1
等光程差面是一组以m为参数的回转双曲面族，x轴为回转轴 干涉条纹就是等光程差面与观察屏幕的交线。
结论：
干涉图样是由一系列平行等距的亮带和暗带组成。
1 e= ∝ W W
条纹间距与光波波长有关。波长较短的单色光，条纹较密， 波长较长的单色光，条纹较稀。
λ
§3.1.2 等光程差面和干涉条纹形状 在屏幕上观察到等距的直线干涉条纹条件: d《D，且在Z轴附近观察 设光屏上任意点P的坐标为(x、y、z），则有:
d r1 = S1 P = x − + y 2 + z 2 2 d r2 = S 2 P = x + + y 2 + z 2 2
I0dx为宽度dx的S点元光源的强度，Δ为D点元光源发出的 两束相干光到达P点的光程差。
(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：
物理光学与应用光学第三章PPT课件
L1
A'
y2a
F'
A
H H'
a
a
2a
测杆 M
-f
xP
tabna) x a
yfta2na
y(2f/a)xKx 2f a
.
单平面镜的成像特性
1）平面镜能使整个空间任意物点理想成像；物点和像点 对平面镜而言是对称的；
2）实物成虚象，虚物成实像。物和像大小相等，但形状 不同；
3）奇次 镜面反射像被称为镜像；偶次反射成一致像。
设入射光线为同心光束并会聚于
E点（为虚物点）
光线折射后和光轴交于S′点
L 'B F F K dAF ( I1 c )tg
AF dt( gI1')
L'
d1
tgI1' tgI1
ΔL′因I1值不
U同1 而不同
同心光束经平行平面板后变为 非同心光束，成像是不完善的。
平行平板的厚度d 愈大，成像不
完善程度也愈大。 .
出射光线平行 于入射光线
平行平板的光焦度为零， 不会使物体放大或缩小
.
平行平板的出射光线
BS′相对于入射光线SA 产生侧向位移BD = T 平行平面板的厚度为d， 由ΔABD和ΔABC得
T A s B iI 1 n I 1 '
AB d cos(I1')
T
.
TdsinI1I1'
coIs1'
.
（二）简单棱镜
1、一次反射棱镜
成镜像
x
直
z
角 棱
镜
y
使 光
线
折
x′
转
90°
（a）等腰直角棱镜
应用光学(第三章)
2f ' 2x f' h
h
面反射镜的旋转特性。
Applied Optics
授课：任秀云
平面镜的平移效应
A B
A ′A ″=2h
P
Q
h
A” A’
2h
Applied Optics
授课：任秀云
综上所述， 单个平面镜的成像特性可归纳为：
①具有折转光路的作用，是唯一能成完善像的光学元件 ②β=1,物像虚实相反,具有对称性，故不影响光学系统 放大率和成像清晰度。 ③奇数次反射成镜像， 偶数次反射成一致像。
Applied Optics
授课：任秀云
这种系统就是原始的军用观察望远镜的光学系统，其体积、重 量都比较大，不能满足军用观察望远镜的要求，故早已被淘汰 了。目前使用的军用观察望远镜，由于在系统中使用了棱镜， 如图(b)所示，所以它不需要加入倒像透镜组即可获得正像，同 时又可大大地缩小仪器的体积和重量。
Applied Optics
授课：任秀云
此外，在很多仪器中，根据实际使用的要求，往往需要 改变共轴系统光轴的位置和方向。例如在迫击炮瞄准镜 中，为了观察方便，需要使光轴倾斜一定的角度，如图 所示：
Applied Optics
授课：任秀云
平面镜棱镜系统主要作用有： (1)将共轴系统折叠以缩小仪器的体积和减轻仪器 的重量； (2)改变像的方向——起倒像使用； (3)改变共轴系统中光轴的位置和方向——即形成 潜望高或使光轴转一定的角度； (4)利用平面镜或棱镜的旋转，可连续改变系统光 轴的方向，以扩大观察范围。 (5)利用平面镜转动作用扩大仪器的放大率 (6)实现分光、合像和微位移
3、当角锥棱镜绕其顶点旋转 时，出射方向不变仅产生一 个平移。
第三章_光学(讲)
c 2 E0 4
表示光强与光波电场振幅的关系。
3.1.2 光子的能量和动量
爱因斯坦光量子公式： 电磁场（光场）的能量是不连续的，可分成最 小的单元，这个最小的能量单元称为“光子”。 能量（解释光电效应）： h 动量：
P h
（反映光的波粒二象性能） 光既可以看做光波又可以看做光子流。光子是电磁场 能量和动量量子化的粒子，而光波是光子的概率波。
反射率与入射角的关系
当n1=n2 时，m = 0，无反射。
n1
与n2 差别大，反射损失严重。
设：n1=1.5，光由空气进入介质，通过一个界面的反
射损失m=0.04，透过系数1-m=0.96，从另一面进入
空气，透过部分：(1-m)2=0.922。透过x层玻璃后，
透过部分：(1-m) 2 x 为减少界面造成损失，用与玻璃折射率相近的胶 粘合。来自率ne。 不遵守折射定律
当光沿晶体光轴方向入射时，只有n0存在；与光 轴方向垂直入射时， ne最大，此值视为材料特性。沿
晶体密堆积程度较大的方向ne较大。
(3) 材料所受的内应力 透明材料，垂直于受拉主应力方向的n大，平行于 受拉主应力方向的n小。
(4) 同质异构体
同质异构材料中，高温时的晶型折射率低，低温时
光的波动性 光的波粒二象性 光子的能量和动量* 折射率*、反射率和透射率
光的反射和折射
光的全反射 本章内容
材料对光的吸收*和色散
光散射 介质的光散射与光发射 光发射 材料的光学性能 弹性散射*
3.1 光的波粒二象性
人们对光的认识始于19世纪。
• 1860年，麦克斯韦创立的电磁波理论，解释了光的直线传播、
图3-10 金属、半导体及电介质材料吸收率随波长的变化
表示光强与光波电场振幅的关系。
3.1.2 光子的能量和动量
爱因斯坦光量子公式： 电磁场（光场）的能量是不连续的，可分成最 小的单元，这个最小的能量单元称为“光子”。 能量（解释光电效应）： h 动量：
P h
（反映光的波粒二象性能） 光既可以看做光波又可以看做光子流。光子是电磁场 能量和动量量子化的粒子，而光波是光子的概率波。
反射率与入射角的关系
当n1=n2 时，m = 0，无反射。
n1
与n2 差别大，反射损失严重。
设：n1=1.5，光由空气进入介质，通过一个界面的反
射损失m=0.04，透过系数1-m=0.96，从另一面进入
空气，透过部分：(1-m)2=0.922。透过x层玻璃后，
透过部分：(1-m) 2 x 为减少界面造成损失，用与玻璃折射率相近的胶 粘合。来自率ne。 不遵守折射定律
当光沿晶体光轴方向入射时，只有n0存在；与光 轴方向垂直入射时， ne最大，此值视为材料特性。沿
晶体密堆积程度较大的方向ne较大。
(3) 材料所受的内应力 透明材料，垂直于受拉主应力方向的n大，平行于 受拉主应力方向的n小。
(4) 同质异构体
同质异构材料中，高温时的晶型折射率低，低温时
光的波动性 光的波粒二象性 光子的能量和动量* 折射率*、反射率和透射率
光的反射和折射
光的全反射 本章内容
材料对光的吸收*和色散
光散射 介质的光散射与光发射 光发射 材料的光学性能 弹性散射*
3.1 光的波粒二象性
人们对光的认识始于19世纪。
• 1860年，麦克斯韦创立的电磁波理论，解释了光的直线传播、
图3-10 金属、半导体及电介质材料吸收率随波长的变化
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
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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
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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
物理光学-第3章 光的衍射
f x = ρ cos φ
f y = ρ sin
dx0 dy 0 = r0 dr0 dα 0
( x0 , y 0 ) = A
α0
0 ~ 2π
r0
0~a
24
3-4 夫琅和费圆孔衍射
光强分布公式
ie iKz 2 z ( x12 + y12 ) + ∞ i 2π ( f x x0 + f y y0 ) u ( x, y ) = e u ( x 0 y 0 )e dxo dy 0 ∫ ∫∞ λz
4
3.2衍射的基本理论
①狭缝衍射 ②圆孔衍射
5
3.2衍射的基本理论
惠更斯-菲涅耳原理
6
3.2衍射的基本理论
惠更斯原理是描述波的传播过程的一个原理。设波 源在某一时刻的波阵面，面上每一点都是一个次波 源，发出球面次波。次波在随后的某一时刻的包迹 面形成一个新的波阵面。波面的法线方向就是波的 传播方向。这就是惠更斯原理。 菲涅耳在研究了光的干涉现象以后，考虑到次波来 自同一光源，应该相干，因而波阵面上每一点的光 振动应该是在光源和该点间任意一个波面上发出的 次波迭加的结果。这样用干涉理论补充的惠更斯原 理叫作惠更斯-菲涅耳原理。
12
3-2-3 夫琅和费衍射和菲涅耳衍射
夫琅和菲近似：衍射屏到孔的距离z很大，透光孔很小 2 2
2 2 x0 + y 0 k ( x0 + y 0 ) max ≈0 z >> 2 z 2 2 2 2 2 1 ( x1 x0 ) + ( y1 y 0 ) 1 x12 + y12 1 x0 + y 0 x1 x0 + y1 y 0 r ≈ z 1 + = z 1 + 2 z 2 + 2 z 2 2 z2 2 z k [( x x ) + ( y y ) ] i i ikz u ( x1 y1 ) = e ∫∫ u ( x 0 y 0 )e 2 Z dx 0 dy 0 λz k 2 2 2 2
苏科物理八年级上册第三章光学专题复习课件
光学专题复习
1
2
成 倒 立的 实 像。
考点一:成像的性质
小孔成像A
A’
B’
B
3
P
P′
平面镜成像
正
等大
虚
4
空气
水
人眼看到水下的鱼的光路图
不同介质成像
成 虚 像。
物
像
5
F
F
F
F
F
U＞2f
f＜V＜2f
倒立 缩小实像
U=2f
f＜U＜2f
V＞2f
倒立 等大实像
倒立 放大实像
V=2f
2fF
凸透镜成像规律
在上一步实验调整好像的位置后，取了一副近视镜放在凸透镜和蜡烛之间，要使光屏上还能呈清晰的像，可将蜡烛适当 (左选填“左”或“右”)移。实验中，若用不透明的硬纸板挡住凸透镜的上半部分，则光屛上的像 D(填选项序号).
18
本节课的收获……
19
D
13
例3：做凸透镜成像规律实验时，保持凸透镜的位置不变，先后把蜡烛放在a、b、c、d四点并分别调整光屏的位置，如图所示，探究后他总结出下列说法。其中正确的是( A)
A．照像机是利用蜡烛放在a点的成像特点制成的 B．放大镜是利用蜡烛放在b点的成像特点制成的 C．幻灯机是利用蜡烛放在d点的成像特点制成的 D．蜡烛放在b点成的像比它放在c点成的像大
12
例2.在平面镜成像实验中，在竖直的玻璃板前后各放一支蜡烛，对着玻璃板可以看到前面蜡烛在 玻璃板后所成的像，同时又可以看到放在后面的
蜡烛，下列说法正确的是( )
A.两者都是光的反射形成的像 B.两者都是光的折射形成的像C.前者是光的折射形成的像，后者是光的反射形成的像D.前者是光的反射形成的像，后者是光的折射形成的像
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
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
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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；
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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；
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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
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光学教程第三章 干 涉
菲涅耳双棱镜
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比耶对切透镜
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光学教程第三章 干 涉
劳埃德镜
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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。
《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：由已知条S件D 5，f目＝25mm 根据移动量公式得： X＝－SDf目2 ＝3.125mm 1000
即目镜的总移动量6为 .35mm。
求的是总移动 量
.
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？
y目
f物′ －f目
ω
用眼睛直接观察视角为: tg眼＝
y l
使用望远镜观察2km处的物体视角为：tg仪＝
y l
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？
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
.
解法2：利用望远镜原理参 图量 及关系
tg y目＝ y目
f目 400
tg －y物＝－ y目
f物 2000
tg f物 ＝－2000＝－5
tg f目
400
－ω´
由 SD 1 得： l 0.4 m l
即远点距离为眼前 0.4 m 处。
由透镜的成像公式 1 1 1 l l f
注意视度 为负值
l 0.4, l
f 0.4m
眼镜焦距等于远点距离
即眼镜的焦距为 400 mm
.
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。
SD1 1 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 :
tg ＝0.0003 (rad ) y
l 如果观察 2km 处的同一个物体，则视 角为：
tg ＝ y 0.0003 400 0.00006
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。
.
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？
解：人眼观察 0.0005mm长的物体，其对应视为角：tg眼＝0.2050005 人眼的视角分辨率6为 0，即使tg仪＝60
F f′
Δα
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。
解： 目镜的放大率为 目＝2f5目0＝10 f目＝25mm
又总＝物 •目
总＝4010＝400 即目镜的焦距2为 5mm，显微镜总放大率 40为 0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。
.
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： 望远镜的视放大率为
＝ tg 仪 ＝ tg 仪 仪 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
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ห้องสมุดไป่ตู้体感觉近。
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
应用视度公式就可以了
由此得显微镜的视放率大＝tg仪 tg眼
＝－ 60 210－6
•
1 ＝145.6 206000
即显微镜的放大率应于高146。
采用8倍目镜时，由显微镜放视大率公式＝物目得：
物＝1846＝18.2
即使用一个25倍的物镜就足够了。
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
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。
物体先经物镜成像，成像位置应该在目镜的物方焦平面上，
出射光为平行光束。
物镜
y′ 目镜
-l
-ω
ω仪
－y
.
-l -ω
－y
物镜
y′ 目镜 ω仪
由系统视放大率定义得
： ＝ tg 仪 tg
tg y , l
y
f目 tg 仪， 物＝
y y
l , l
tg
仪＝
l y l f 目
l y
即 ＝ lf目 l － 4 － y f l
Г正负对系统影响，如果是正的， 物镜为负透镜，像距为负？目镜
受物镜阻挡。
又 1 1 1 l l f物
l f 物 l l f 物
将此式代入上式得：
解法 1、将测微目镜视为放大
镜，其视放大率为
＝ tg 仪 ＝ 250 tg 眼 f
tg 仪 ＝ tg 1 0
又
tg
眼＝
y 250
y 250 tg 眼 ＝ f tg 仪 ＝ 8 .25 10 4 mm
解法 2、瞄准误差约为 l • f
Δl
1 0
l 1 0 17 1 8 .25 10 4 mm
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）。
.
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
f
物 ＝
l
4
f目 l 4 f目
＝
.
4 25 100
（ 100）＝ 91 4 25
mm
即物镜的焦距是 91 mm 。
讨论问题 高云峰
求目镜视放大率：
即目镜的总移动量6为 .35mm。
求的是总移动 量
.
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？
y目
f物′ －f目
ω
用眼睛直接观察视角为: tg眼＝
y l
使用望远镜观察2km处的物体视角为：tg仪＝
y l
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？
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
.
解法2：利用望远镜原理参 图量 及关系
tg y目＝ y目
f目 400
tg －y物＝－ y目
f物 2000
tg f物 ＝－2000＝－5
tg f目
400
－ω´
由 SD 1 得： l 0.4 m l
即远点距离为眼前 0.4 m 处。
由透镜的成像公式 1 1 1 l l f
注意视度 为负值
l 0.4, l
f 0.4m
眼镜焦距等于远点距离
即眼镜的焦距为 400 mm
.
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。
SD1 1 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 :
tg ＝0.0003 (rad ) y
l 如果观察 2km 处的同一个物体，则视 角为：
tg ＝ y 0.0003 400 0.00006
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。
.
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？
解：人眼观察 0.0005mm长的物体，其对应视为角：tg眼＝0.2050005 人眼的视角分辨率6为 0，即使tg仪＝60
F f′
Δα
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。
解： 目镜的放大率为 目＝2f5目0＝10 f目＝25mm
又总＝物 •目
总＝4010＝400 即目镜的焦距2为 5mm，显微镜总放大率 40为 0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。
.
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： 望远镜的视放大率为
＝ tg 仪 ＝ tg 仪 仪 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
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ห้องสมุดไป่ตู้体感觉近。
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
应用视度公式就可以了
由此得显微镜的视放率大＝tg仪 tg眼
＝－ 60 210－6
•
1 ＝145.6 206000
即显微镜的放大率应于高146。
采用8倍目镜时，由显微镜放视大率公式＝物目得：
物＝1846＝18.2
即使用一个25倍的物镜就足够了。
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
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。
物体先经物镜成像，成像位置应该在目镜的物方焦平面上，
出射光为平行光束。
物镜
y′ 目镜
-l
-ω
ω仪
－y
.
-l -ω
－y
物镜
y′ 目镜 ω仪
由系统视放大率定义得
： ＝ tg 仪 tg
tg y , l
y
f目 tg 仪， 物＝
y y
l , l
tg
仪＝
l y l f 目
l y
即 ＝ lf目 l － 4 － y f l
Г正负对系统影响，如果是正的， 物镜为负透镜，像距为负？目镜
受物镜阻挡。
又 1 1 1 l l f物
l f 物 l l f 物
将此式代入上式得：
解法 1、将测微目镜视为放大
镜，其视放大率为
＝ tg 仪 ＝ 250 tg 眼 f
tg 仪 ＝ tg 1 0
又
tg
眼＝
y 250
y 250 tg 眼 ＝ f tg 仪 ＝ 8 .25 10 4 mm
解法 2、瞄准误差约为 l • f
Δl
1 0
l 1 0 17 1 8 .25 10 4 mm
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）。
.
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
f
物 ＝
l
4
f目 l 4 f目
＝
.
4 25 100
（ 100）＝ 91 4 25
mm
即物镜的焦距是 91 mm 。
讨论问题 高云峰
求目镜视放大率：