波动光学及医学应用 ppt课件
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大学物理波动光学一PPT课件
超快光谱技术
介绍超快光谱技术的原理、方法及应 用，如泵浦-探测技术、时间分辨光谱 技术等。
超短脉冲激光技术
详细介绍超短脉冲激光技术的原理、 实现方法及应用领域，如飞秒激光技 术、阿秒激光技术等。
未来光学技术挑战和机遇
光学技术的挑战
阐述当前光学技术面临 的挑战，如光学器件的 微型化、集成化、高性 能化等。
大学物理波动光学一 PPT课件
目录
• 波动光学基本概念与原理 • 干涉原理及应用 • 衍射原理及应用 • 偏振现象与物质性质研究 • 现代光学技术进展与挑战
01
波动光学基本概念与原理
光波性质及描述方法
光波是一种电磁波，具有波动性 质，可以用振幅、频率、波长等
物理量来描述。
光波在真空中的传播速度最快， 且在不同介质中传播速度不同。
01
02
03
04
摄影
利用偏振滤镜消除反射光和散 射光，提高照片清晰度和色彩
饱和度。
液晶显示
利用液晶分子的旋光性控制偏 振光的透射和反射，实现图像
显示。
光学仪器
如偏振光显微镜、偏振光谱仪 等，利用偏振光的特性进行物
质分析和检测。
其他领域
如生物医学、材料科学、环境 科学等，利用偏振光的特性进
行研究和应用。
01
牛顿环实验装置与步骤
介绍牛顿环实验的基本装置和操作步骤，包括凸透镜、平面镜、光源等
。
02
牛顿环测量光学表面反射相移
阐述如何通过牛顿环实验测量光学表面反射相移的原理和方法。
03
等厚干涉原理及应用
探讨等厚干涉的基本原理，以及其在光学测量和光学器件设计中的应用
。
多光束干涉及其应用
《医学物理学》课件--波动光学
这个公式是波动光学的基础，可以用 来计算光的干涉、衍射、偏振等现象 中涉及到的各种物理量。
03
波动光学的实验研究
光的干涉实验
• 实验目的：通过实验观察光的干涉现象，了解干涉原理及其在医学上的应用。 • 实验原理：根据波的叠加原理，当两个波源的波长相近且振动方向一致时，会产生加强（干涉加强）和减
弱（干涉减弱）的现象。 • 实验步骤 • 准备实验器材：双缝干涉仪、激光器、测量尺、屏幕等； • 将激光器放置在双缝干涉仪的前端，调整激光器的光束使其平行于双缝干涉仪的狭缝； • 调整双缝干涉仪的狭缝间距，使屏幕上出现清晰的干涉条纹； • 使用测量尺测量屏幕上相邻干涉条纹之间的距离，计算出光的波长。
光的偏振实验
• 实验目的：通过实验观察光的偏振现象，了解偏振原理及其在医学上的应用。 • 实验原理：当光波通过某些介质时，其振动方向会沿着特定方向排列，形成偏振光。 • 实验步骤 • 准备实验器材：偏振片、激光器、测量尺、屏幕等； • 将激光器放置在偏振片的前端，调整激光器的光束使其平行于偏振片； • 通过旋转偏振片，观察屏幕上的光强变化； • 使用测量尺测量屏幕上光强变化所对应的角度，计算出光的偏振化方向。
光通过具有不同大小孔径的障碍物后，在后方形 成散射、明暗相间的条纹的现象。
圆孔衍射
当用圆孔进行衍射时，会形成明暗相间的圆环的 现象。
单缝衍射
当用一条狭缝进行衍射时，会形成明暗相间、中 央亮条纹两侧出现对称的亮条纹的现象。
02
波动光学的理论基础
波动光学的基本理论
01
波动光学的基本理论是研究光的传播、干涉、衍射、偏振等现象的科学，它基 于光的波动性质，采用波动理论和方法来描述光的行为。
02
光的波动性质是指光在空间传播时，其振幅、相位和传播方向等随时间和空间 的变化而变化的现象。
波动光学及医学应用 ppt课件
n水> n空气
x水 x空气
实验装置放入水中后条纹间距变小。
§8-1 光的干涉 23
（3）两条缝的宽度不等，使两光束的强度不等； 虽然干涉条纹中心距不变，但原极小处的强度不 再为零，条纹的可见度变差。
I1 I 2
I
I
Imax
4I1
I1 I 2
Imin
-4 -2
o
2
4
-4
En
自发辐射(spontaneous
emission）
波列长 L = Δt c=3m
原子的发光跃迁
跃迁过程的持续时间约为 10-8 s
§8-1 光的干涉 4
普通光源发光特点 原子发光是断续的 , 每次发光形成一长度有限的 波列,各原子或同一原子各次发出的波列,其频率 和振动方向可能不同； 来自两个光源或同一光源的两部分的光 , 不满足 相干条件,叠加时不产生干涉现象.
§8-1 光的干涉 10
三.杨氏双缝干涉（double-slit interference）实验
1.实验方法及现象：
托马斯· 杨 (T. Young, 1773-1829)英国人
1801年,托马斯杨完成了一个判别光性 质的关键性实验 .观察屏上有明暗相间 的等间距条纹 ,这只能用光是一种波来 解释.杨还由此测出了光的波长.
牛顿的微粒说（Particle theory） ==>惠更斯的波动说（Wave theory） ==>麦克斯韦电磁波说（Electromagnetic wave theory） ==>爱因斯坦的光量子说（Quantum light theory）
第八章 波动光学及医学应用
光学发展简史
萌芽时期
《医学物理学》课件波动光学
光学多普勒效应
通过测量多普勒频移，可以研究运动物体的速度和方向。
光学傅里叶变换
利用傅里叶变换技术，可以将光场在空间和频率域上进行分析和转 换。
波动光学的模拟方法
波动光学模拟软件
如COMSOL Multiphysics、MATLAB等，用于模拟光的干涉、衍 射、散射等现象。
有限元方法
将光学系统离散化为有限个元胞，每个元胞内的光场可以用数值方 法求解。
波动速度的定义
波动速度是指波的传播速 度，即单位时间内波前移 动的距离。
波动光学的基本概念
光波的产生
光波是由光源产生的，光源可 以是自然光源（如太阳）或人
工光源（如灯泡）。
光波的传播
光波在传播过程中会受到反射、折 射、散射等作用，导致光波的传播 方向和速度发生变化。
光波的干涉
当两束或多束相干光波在空间某一 点叠加时，如果它们的相位差是 2nπ(n为整数)，则叠加后的光波振 幅相加，形成干涉现象。
THANK YOU
感谢观看
波动光学的应用
光学干涉仪
光学干涉仪利用光的干涉现象测量物体表面的形状和厚度，如牛 顿环仪、迈克尔逊干涉仪等。
光学纤维
光学纤维利用光的全反射原理传递信息，具有传输容量大、抗干扰 能力强等优点，广泛应用于通信、医疗等领域。
激光技术
激光技术利用光的干涉和衍射原理制造高亮度、高方向性、高稳定 性的激光束，广泛应用于测量、通信、制造等领域。
清晰度。
图像处理
02
利用光的衍射现象实现图像的放大、缩小和变形等处理。
波动分析
03
利用光的衍射现象分析波的传播特性和规律，如波长、频率、
相位等。
04
光的偏振
偏振现象
通过测量多普勒频移，可以研究运动物体的速度和方向。
光学傅里叶变换
利用傅里叶变换技术，可以将光场在空间和频率域上进行分析和转 换。
波动光学的模拟方法
波动光学模拟软件
如COMSOL Multiphysics、MATLAB等，用于模拟光的干涉、衍 射、散射等现象。
有限元方法
将光学系统离散化为有限个元胞，每个元胞内的光场可以用数值方 法求解。
波动速度的定义
波动速度是指波的传播速 度，即单位时间内波前移 动的距离。
波动光学的基本概念
光波的产生
光波是由光源产生的，光源可 以是自然光源（如太阳）或人
工光源（如灯泡）。
光波的传播
光波在传播过程中会受到反射、折 射、散射等作用，导致光波的传播 方向和速度发生变化。
光波的干涉
当两束或多束相干光波在空间某一 点叠加时，如果它们的相位差是 2nπ(n为整数)，则叠加后的光波振 幅相加，形成干涉现象。
THANK YOU
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波动光学的应用
光学干涉仪
光学干涉仪利用光的干涉现象测量物体表面的形状和厚度，如牛 顿环仪、迈克尔逊干涉仪等。
光学纤维
光学纤维利用光的全反射原理传递信息，具有传输容量大、抗干扰 能力强等优点，广泛应用于通信、医疗等领域。
激光技术
激光技术利用光的干涉和衍射原理制造高亮度、高方向性、高稳定 性的激光束，广泛应用于测量、通信、制造等领域。
清晰度。
图像处理
02
利用光的衍射现象实现图像的放大、缩小和变形等处理。
波动分析
03
利用光的衍射现象分析波的传播特性和规律，如波长、频率、
相位等。
04
光的偏振
偏振现象
医学物理学-波动光学课件
03
光子能量
与光子频率成正比，与介 质折射率有关。
光子作用截面
表示光子与原子或分子相 互作用面积的物理量。
光子作用力
光子与原子或分子相互作 用时产生的力，可导致原 子或分子发生位移或转动 。
07
医学影像技术概述
X线影像技术
X线影像技术概述
X线是一种穿透性强的电磁波，能够被记录并形成人体内 部结构的影像。
椭圆偏振
电场矢量在传播过程中不断改变其振幅大小和相 位，并且旋转方向也在不断改变。
偏振光在介质中的传播特性
反射和折射
当偏振光遇到介质表面时，部分光会被反射，部分光会进入 介质中并继续传播。反射光和折射光的偏振状态与入射光的 偏振状态相同。
双折射
当光线穿过某些晶体或生物组织时，会分解为两种偏振方向 相互垂直的偏振光，即寻常光和非寻常光。这种现象被称为 双折射。
05
光的散射
散射现象
散射现象
光在传播过程中，遇到不均匀 、微小的介质（如大气中的尘 埃、悬浮颗粒等）时，会发生
改变传播方向的现象。
散射的微观机制
光与介质中的粒子发生碰撞，导 致光的传播方向发生改变。
散射的分类
根据散射机制的不同，散射可分为 瑞利散射和米氏散射。
散射的定量描述
01
02
03
散射系数
描述介质散射能力的物理 量。
瑞利判据
在一定条件下，瑞利散射 的散射系数与波长四次方 成反比。
米氏判据
在一定条件下，米氏散射 的散射系数与波长和粒子 半径之比有关。
散射在医学影像中的应用
01
X射线散射成像
利用X射线在介质中发生散射的原理，可实现对人体内部结构的成像
第14章波动光学基础ppt课件
解 (1) 明纹间距分别为
xD 60 5 .8 0 913 4 0 0 .3m 5 m
d
1 .0
xD 6 05 .8 0 9 1 3 4 0 0 .0m 35m
d
10
(2) 双缝间距 d 为
dD 60 5.0 89 13 4 05.4mm
x
0.065
例 用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d ，缝面与 屏距离为 D
r1
n
2 n(r2d)n dnr1 S 2 r2
n d
•P
物象之间等光程原理
光程1
S•
光程2 •S
光程3
光程1=光程2=光程3
例 用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条 缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹的 位置上。如果入射光波长为 550 nm
求 此云母片的厚度是多少？
3. 若M1平移 d 时，干涉条纹移过 N 条，则有
dN
2
四. 时间相干性
Байду номын сангаас
两光束产生干涉效应的最大光程差称为相干长度,与相干长
度对应的光传播时间称为相干时间
相干长度 L 和谱线宽度 之间的关系为 L2
五. 应用
1. 微小位移测量
dN
2
2. 测波长
2d
N
3. 测折射率
§14.7 惠更斯—菲涅耳原理
E
O
u
相位相同
z
(2) 电磁波是横波 E H /u /
H
x
二. 光是电磁波
可见光七彩颜色的波长和频率范围
光色 波长(nm) 红 760~622 橙 622~597 黄 597~577 绿 577~492 青 492~470 兰 470~455 紫 455~400
《波动光学》ppt课件
物理意义
马吕斯定律是定量描述偏振光通过检偏器后透射光强与入射线 偏振光和检偏器透振方向夹角之间关系的定律，是波动光学中 的重要公式之一。
晶体中双折射现象解释
双折射现象
当一束光入射到各向异性的晶体时，会分成两束光沿不同方向折 射的现象。
产生原因
晶体内部原子排列的规律性使得晶体具有各向异性，导致不同方向 上折射率不同。
研究中的应用。
03
非线性波动光学应ห้องสมุดไป่ตู้领域
概述非线性波动光学在光通信、光计算、光信息处理等领域的应用前景。
量子波动光学发展动态
量子波动光学基本概念
阐述光的量子性质及其与波动光学的关系，包括光子、量子态、量子纠缠等。
量子波动光学研究方法
介绍量子光学实验技术、量子信息处理方法等在量子波动光学研究中的应用。
薄膜干涉实验操作
阐述薄膜干涉实验的基 本原理和实验方法，包 括等厚干涉和等倾干涉 的实现方式及条纹特征。
衍射实验数据处理方法分享
衍射实验基本概念
解释衍射现象的产生条件和基本原理，介绍衍射光栅、单 缝衍射等实验方法。
01
衍射光栅数据处理
分享衍射光栅实验的数据处理技巧，包 括光栅常数、波长等参数的测量方法和 误差分析。
03
复杂介质中波动光 学应用领域
概述复杂介质中波动光学在生物 医学成像、环境监测与治理、新 能源等领域的应用前景。
06
实验方法与技巧指 导
基本干涉实验操作规范介绍
干涉实验基本概念
阐述干涉现象的产生条 件和基本原理，解释相 干光波的概念及获得方 法。
双缝干涉实验操作
详细介绍双缝干涉实验 的实验装置、操作步骤 和注意事项，以及双缝 干涉条纹的特点和分析 方法。
马吕斯定律是定量描述偏振光通过检偏器后透射光强与入射线 偏振光和检偏器透振方向夹角之间关系的定律，是波动光学中 的重要公式之一。
晶体中双折射现象解释
双折射现象
当一束光入射到各向异性的晶体时，会分成两束光沿不同方向折 射的现象。
产生原因
晶体内部原子排列的规律性使得晶体具有各向异性，导致不同方向 上折射率不同。
研究中的应用。
03
非线性波动光学应ห้องสมุดไป่ตู้领域
概述非线性波动光学在光通信、光计算、光信息处理等领域的应用前景。
量子波动光学发展动态
量子波动光学基本概念
阐述光的量子性质及其与波动光学的关系，包括光子、量子态、量子纠缠等。
量子波动光学研究方法
介绍量子光学实验技术、量子信息处理方法等在量子波动光学研究中的应用。
薄膜干涉实验操作
阐述薄膜干涉实验的基 本原理和实验方法，包 括等厚干涉和等倾干涉 的实现方式及条纹特征。
衍射实验数据处理方法分享
衍射实验基本概念
解释衍射现象的产生条件和基本原理，介绍衍射光栅、单 缝衍射等实验方法。
01
衍射光栅数据处理
分享衍射光栅实验的数据处理技巧，包 括光栅常数、波长等参数的测量方法和 误差分析。
03
复杂介质中波动光 学应用领域
概述复杂介质中波动光学在生物 医学成像、环境监测与治理、新 能源等领域的应用前景。
06
实验方法与技巧指 导
基本干涉实验操作规范介绍
干涉实验基本概念
阐述干涉现象的产生条 件和基本原理，解释相 干光波的概念及获得方 法。
双缝干涉实验操作
详细介绍双缝干涉实验 的实验装置、操作步骤 和注意事项，以及双缝 干涉条纹的特点和分析 方法。
医用物理学课件 大学物理_物理学_课件_波动光学
Δx=Dλ/2a 可以得到光波的波长为
λ=Δx·2a/D 代入数据，得
λ=1.50×10-3×0.20×10-3/0.50 =6.00×10-7m =600nm
例8-2、根据条纹移动求缝后所放介质片的厚度
当双缝干涉装置的一条狭缝后面盖上折射率为n=1.58的云
母片时，观察到屏幕上干涉条纹移动了9个条纹间距，已知
3、双缝干涉的光程差
两光波在P点的光程差为 = r2-r1
S1
r1
2a
r2
S2
D
4、干涉条纹的位置
P
r12=D2+(x-a)2 r22=D2+(x+a)2
所以 x即
r22- r12=4ax (r2- r1)( r2+r1)=4ax
采用近似
O
r2+r1≈2D
光程差为 =r2-r1=2ax/D
（3）条纹间距：
例8－3．如图所示，在折射率为1.50的 平板玻璃表面有一层厚度为300nm，折 射率为1.22的均匀透明油膜，用白光垂 直射向油膜，问： 1)哪些波长的可见光在反射光中产生 相长干涉? 2)若要使反射光中λ=550nm的光产生相 消干涉，油膜的最小厚度为多少?
解：(1)因反射光之间没有半波损失， 由垂直入射i=0，得反射光相长干涉的 条件为
无无
产生半波损失的条件： 光从光疏介质射向光密介
质，即n1<n2； 半波损失只发生在反射
光中；
对于三种不同的媒质，
没有
两反射光之间有无半波损 失的情况如下：
情况4： n1>n2<n3
无有
n1<n2<n3 无 n1>n2>n3 无 n1<n2>n3 有 n1>n2<n3 有
λ=Δx·2a/D 代入数据，得
λ=1.50×10-3×0.20×10-3/0.50 =6.00×10-7m =600nm
例8-2、根据条纹移动求缝后所放介质片的厚度
当双缝干涉装置的一条狭缝后面盖上折射率为n=1.58的云
母片时，观察到屏幕上干涉条纹移动了9个条纹间距，已知
3、双缝干涉的光程差
两光波在P点的光程差为 = r2-r1
S1
r1
2a
r2
S2
D
4、干涉条纹的位置
P
r12=D2+(x-a)2 r22=D2+(x+a)2
所以 x即
r22- r12=4ax (r2- r1)( r2+r1)=4ax
采用近似
O
r2+r1≈2D
光程差为 =r2-r1=2ax/D
（3）条纹间距：
例8－3．如图所示，在折射率为1.50的 平板玻璃表面有一层厚度为300nm，折 射率为1.22的均匀透明油膜，用白光垂 直射向油膜，问： 1)哪些波长的可见光在反射光中产生 相长干涉? 2)若要使反射光中λ=550nm的光产生相 消干涉，油膜的最小厚度为多少?
解：(1)因反射光之间没有半波损失， 由垂直入射i=0，得反射光相长干涉的 条件为
无无
产生半波损失的条件： 光从光疏介质射向光密介
质，即n1<n2； 半波损失只发生在反射
光中；
对于三种不同的媒质，
没有
两反射光之间有无半波损 失的情况如下：
情况4： n1>n2<n3
无有
n1<n2<n3 无 n1>n2>n3 无 n1<n2>n3 有 n1>n2<n3 有
医用物理学 第十章 波动光学 第一讲 光的干涉 公开课课件
太赫兹
“THz 空隙”
红外线 光学
可 见
紫外线
Xγ 射射
光
线线
原子核
光本质上是种电磁波，可见光波长为400~760nm之间。 光的干涉、衍射现象证明了光的波动性，而偏振现象
则证明了光的横波性质。 f : 7.51014 ~ 4.31014 Hz
400nm 紫
可见光的范围
760nm 红
红 760nm~630nm 橙 630nm~590nm 黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm 青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫 430nm~400nm
来自两个光源或同一光源的两部分的光,不满足相 干条件,叠加时不产生干涉现象.
·
自发辐射
独立
·
（不同原子同一时刻发的光）
独立（同一原子不同时刻发的光）
两个独立的普通光源不是相干光源
2、相干光的获得方法
原则: 将同一波列 的光分成两束，经 不同路经后相遇， 实现干涉。
二、光程与光程差:
相位差在分析光的干涉时十分重要，为便于计算 光通过不同媒质时的相位差，引入“光程”的概念。
相干条件：
1
P
频率相同(same frequency)
振动方向相同
(same direction of vibration)
2
相位差恒定
(constant phase difference)
❖ 普通光源的发光机理: 物质发光的基本单元——分子、原子等从具有较高 能量的激发态向具有较低能量的状态(基态或低激发 态)跃迁时,发射的一个电磁波波列(wave train).
光学篇（Optics)
波动光学(Wave Optics) 几何光学(Geometrical Optics) X射线(X-ray)
医学物理学波动光学课件
医学物理学波动光学 课件
汇报人： 日期:
contents
目录
• 波动光学基础 • 光的干涉 • 光的衍射 • 偏振光学 • 波动光学在医学物理学中的应用
01
波动光学基础
波动现象的概述
波动现象
波动现象是物理学中常见的现象 之一，涉及振荡、传播和干涉等 特性。在医学物理学中，波动光 学的研究对于医学诊断和治疗具
有重要意义。
波动的分类
根据传播介质和传播方式的不同 ，波动可以分为机械波和电磁波 。机械波以物质粒子为媒介传播 ，而电磁波以光子为媒介传播。
波动的基本特征
波动具有振幅、频率、波长、相 位等基本特征，这些特征在波动
光学中具有重要的作用。
波动光学的基本原理
光波动的基本理论
光波动是波动光学研究的基础，包括光的干涉、衍射和偏 振等现象。这些现象可以通过光的波动理论进行解释和描 述。
05
波动光学在医学物理学 中的应用
X射线的波动性质和医学应用
X射线是一种电磁波，具有波动和粒子二象性，在医学物理学中广泛应用于诊断、治 疗和实验研究。
X射线可以穿透人体部分组织，如肌肉、脂肪等，但不能穿透骨头、金属等硬质物质 。
基于X射线的波动性质，医学物理学发展出了X射线摄影、计算机断层扫描(CT)、核 磁共振(MRI)等多种诊断技术。
干涉仪器的原理和应用
干涉仪器的分类
根据测量方式的不同，干涉仪 器可分为零差干涉仪和非零差
干涉仪。
干涉仪器的原理
干涉仪器利用光的干涉现象测量物 理量，如长度、厚度、折射率等。
干涉仪器的应用
在医学、物理学、化学等领域，干 涉仪器被广泛应用于测量和研究中 。
干涉图样的分析和解释
汇报人： 日期:
contents
目录
• 波动光学基础 • 光的干涉 • 光的衍射 • 偏振光学 • 波动光学在医学物理学中的应用
01
波动光学基础
波动现象的概述
波动现象
波动现象是物理学中常见的现象 之一，涉及振荡、传播和干涉等 特性。在医学物理学中，波动光 学的研究对于医学诊断和治疗具
有重要意义。
波动的分类
根据传播介质和传播方式的不同 ，波动可以分为机械波和电磁波 。机械波以物质粒子为媒介传播 ，而电磁波以光子为媒介传播。
波动的基本特征
波动具有振幅、频率、波长、相 位等基本特征，这些特征在波动
光学中具有重要的作用。
波动光学的基本原理
光波动的基本理论
光波动是波动光学研究的基础，包括光的干涉、衍射和偏 振等现象。这些现象可以通过光的波动理论进行解释和描 述。
05
波动光学在医学物理学 中的应用
X射线的波动性质和医学应用
X射线是一种电磁波，具有波动和粒子二象性，在医学物理学中广泛应用于诊断、治 疗和实验研究。
X射线可以穿透人体部分组织，如肌肉、脂肪等，但不能穿透骨头、金属等硬质物质 。
基于X射线的波动性质，医学物理学发展出了X射线摄影、计算机断层扫描(CT)、核 磁共振(MRI)等多种诊断技术。
干涉仪器的原理和应用
干涉仪器的分类
根据测量方式的不同，干涉仪 器可分为零差干涉仪和非零差
干涉仪。
干涉仪器的原理
干涉仪器利用光的干涉现象测量物 理量，如长度、厚度、折射率等。
干涉仪器的应用
在医学、物理学、化学等领域，干 涉仪器被广泛应用于测量和研究中 。
干涉图样的分析和解释
[课件]第九章 波动光学-光的偏振PPT
![[课件]第九章 波动光学-光的偏振PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/13dd0af628ea81c758f57878.png)
用偏振片从自然光中获得偏振光的过程称起偏；用偏振片 来检查一束光是否为偏振光称检偏。
起偏 检偏
2018/12/7
4
第 9章
马吕斯定律
波动光学
当线偏振光入射理想的偏振片 时，出射光与入射光的关系式-----马吕斯定律
2 I I cos 出 入
如果是自然光入射理想的偏振片，则
I 出1 I0 2
第 9章
波动光学
第九章 波动光学光的偏振
第 9章
9-5 光的偏振
波动光学
y
x
2018/12/7
2
第 9章
9-5-1 自然光与偏振光
波动光学
按照光的偏振状态不同，可分为五大类： 自然光 线偏振光 部分偏振光 圆偏振光
椭圆偏振光
2018/12/7
3
第 9章
9-5-2 起偏与检偏 马吕斯定律
波动光学
3 I I cos 30 I 2 1 0 8
2
3 I I cos ( 90 30 ) I 3 2 0 32
2
2018/12/7
16
第 9章
9-35
波动光学
n n 1 2 2 tan i , i tan 59 . 8 0 0 n n 1 1
r 90 i 30 . 2 0
2018/12/7
6
第 9章
布儒斯特定律
波动光学
n2 当入射角满足 tan i0 n 1 反射光为线偏振光， 角 i0称为布儒斯特角
n i0 n 1 sin 2 sin i0 90, n i0 n i0 1 sin 2 cos
0
n tan i0 2 n 1
《波动光学》PPT课件 (2)
焦面
是等厚膜，光
程差只决定于
入射角，相同
入射角的光线
光程差相同， 面
形成同一干涉
光 源
条纹——等倾
干涉条纹。
精选ppt
干涉图样
透镜
垂直入射 半透明玻璃片 等厚薄膜
35
平行平面薄膜干涉的应用
▪ 增透膜 为减弱反射光，在光学元件表面镀的一 层厚度适当的透明介质膜
反射光互相减弱时（约为入射光的1.3%），光
解 （1）cosε≈1，sinε≈ε=10-3
x (L 2 r r s cio ) ns (2 2 0 .5 0 ).5 0 .1 5 3 1 0 6 0 1 .2m 5 m
（2）当ε=10-2rad时，有
x(2 20 .5 0 ).5 0.1 5 0 2 10 60.12 m5m
程差为 2 n 2 d2 k 1 2 0
n2d 称为光学厚度
空气
1
n1=1
MgF2 2 d n2=1.38
玻璃
n3=1.50
k0 ,1 ,2 ,
照 相 机 镜 头
精选ppt
36
例如对波长 0 = 550 nm 的绿光，当光学厚度 为 n2d = 30 /4 = 412 nm时，反射率最小，但此时
该薄膜对其它波长的光，反射率一般不是最小。
▪ 两相干光波在同一介质中传播时，相位差仅决
定于波程差
δ= r2 - r1
▪ 两相干光波在不同介质中传播时，相位差应决
定于光程差
δ= n2 r2 - n1 r1
干涉条件为
(22kk21)
k0,1,2,3 相互加强 k0,1,2, 3 相互减弱
2
精选ppt
29
喀蔚波医用物理学课件08章波动光学(2024)
03
通过激光照射粗糙表面产生的散斑现象，研究光的散
射和波动性质。
2024/1/30
29
偏振实验方法及技术
马吕斯定律实验
通过测量偏振光通过不同角度的 起偏器和检偏器后的光强变化， 验证马吕斯定律并研究光的偏振 性质。
布儒斯特角实验
利用布儒斯特角时反射光和折射 光的偏振状态发生变化的特点， 研究光的偏振和折射性质。
衍射类型
根据障碍物或小孔的形状不同，衍射可分为单缝 衍射、圆孔衍射、多缝衍射等。
2024/1/30
10
光的偏振现象
2024/1/30
偏振定义
光波在垂直于传播方向的平面上，只沿特定方向振动的现象。
偏振光的产生
通过偏振片或反射、折射等方式可以产生偏振光。
偏振光的应用
偏振光在光学仪器、显示技术、光通信等领域有广泛应用。
02
超声成像
利用超声波在人体组织中的反射 和传播特性，构建出人体内部结 构的图像。
03
光学相干层析成像 （OCT）
利用低相干光干涉原理，实现生 物组织的高分辨率、非接触式成 像。
2024/1/30
33
波动光学在医学检测与诊断中的应用
光谱分析
表面等离子体共振（SPR） 传感
利用表面等离子体波对生物分子相互作用的敏感性 ，实现生物分子检测和疾病诊断。
通过分析物质对光的吸收、发射或散射光谱 ，对生物样本进行定性和定量分析。
拉曼散射
通过分析拉曼散射光谱，获取生物样本的化 学结构和组成信息，用于疾病诊断和药物研 发。
2024/1/30
34
波动光学在医学治疗中的应用
光动力疗法
利用特定波长的光激活光敏剂，产生光化学 反应，从而杀死病变细胞。
喀蔚波医用物理学课件08章波动光学
❖ 当屏幕 P 移至 L 处,从 S1 和 S2 到 L点的光程 差为零,但是观察到L点为暗条纹——验证了反射 时有半波损失存在.
❖ 半波损失(half-wave loss)
光从光疏介质(折射率较小)射向光密介质(折射 率较大)时反射光的相位较之入射光的相位跃变 了,相当于反射光与入射光之间附加了半个波 长的波程差,称为半波损失.
“半波带”上发的光在P处干涉相消形成暗纹.
Bθ
a A /2
Bθ
a
A
/2
当 asin=(3/2), 可 将
当 asin=2 时,可将
缝分成三个“半波
缝分成四个“半波
带”, P处近似为明纹
带”,P处形成暗纹.
半中波心带的个数与衍射角有关,取决于单缝两边缘
处衍射光线的光程差
❖ 衍射图样分布规律
sin
L
❖ 透射光的光程差
2d n22n12si2ni
注意：透射光和反 射光干涉具有互补 性,符合能量守恒 定律.
n2> n1
LP
S1
2
iD 3
M1 n1 n2
M2 n1
A
B
C E
d
4
5
❖ 干涉加强和减弱的条件
k2kk121,2 k 1,2明纹暗纹
对反射光
2d n22n12si2ni2
可见, 光程差决定于倾角, 焦平面上同一干涉 条纹上各亮点(暗点)对应相同的入射角.
n
d
r2
Δ2 πn0r2dnd n0r1
❖ 通过薄透镜的近轴光线具有等光程性
L
L 焦平面
S
S
P
五.薄膜干涉
❖ 反射光的光程差
n2(A BB)C n1A D 2
《医用物理学》教学课件：8.波动光学-2
由于自然光中没有任何方向的光振动更占优势， 所以可以用任意两个相互垂直的、等幅的振动来表 示自然光. 注：这两个相互垂直的光振动之间没有 固定的相位差，所以不能合成为一个光振动.
自然光的表示法：
••
x •
8.3.1 自然光和偏振光 线偏振光 (linearly polarized light)
光的传播方向始终保持在某一个固定方向振动. 光矢量方向和光的传播方向构成的平面称为振动面.
第八章 波动光学
§8-1 光的干涉 §8-2 光的衍射
§8-3 光的偏振 §8-4 双折射现象 §8-5 旋光现象 §8-6 光的吸收和散射
回顾
杨氏双缝干涉
P
S1
r1
x
光程差
S d o
r2
o
k
r
r2
r1
2k
1
2
S2
r
D
相邻明条纹(或相
x
k
D d
2k
1
D d
.
2
明纹 k 0,1, 2 暗纹 k 1, 2,
如何用偏振片区分自然光、线偏振光和部分偏振光？
自然光 I 不变
8.3.2 偏振光的获得与检验
如何用偏振片区分自然光、线偏振光和部分偏振光？
I 变 无消光 部分偏振光
例题 在两块正交偏振片 P1 和 P3 之间插入另一块
偏振片 P2 ,光强为 I0 的自然光垂直入射于偏振片
P1 .试讨论转动 P2 的过程中透过 P3 的光强 I3 与转
旋光色散
由于物质的旋光率随入射光波长变化,因此,当 白光入射时,不同色光因偏振面旋转的角度不同而 分散开.此时,以光的出射方向为轴旋转检偏器,可 以观察到出射光的颜色是逐渐变化的.
波动光学医学81页PPT
2个半波带，P点暗纹。
12
3个半波带，P点亮纹，亮度 比中央亮条纹弱。
13
4个半波带，P点暗纹。
14
对于某些方向，波阵面AB不 能分成整数个半波带，则光线会 聚后得到的光强介于亮条纹和暗 条纹之间。
15
暗纹条件：
asi n2k (k1,2,3,...)
2
亮纹条件：
asi n (2 k 1 )
46
劳厄斑（a）红宝石晶体 （b）单晶硅
47
符合反射定律，且光程差符合布喇格公 式的衍射子波加强。
2 d s i n k k 1 ,2 ,...
48
伦琴射线摄谱仪 X射线光谱分析 X射线晶体结构分析
49
第三节 光的偏振 一、光的偏振性 （一）自然光
由波的传播方向和波的振动方向 所确定的平面称为波的振动面。
7
在波的传播过程中,从同一波阵面 上的各点发出的子波，经传播在空 间某点相遇时，这些次级子波要相 干叠加，这一点的振动即是相干叠 加的结果。这个发展了的惠更斯原 理称为惠更斯-菲涅耳原理。
8
菲涅耳衍射
9
夫琅和费衍射
10
中央亮条纹 衍射角
11
tg x f
波阵面AB分割成小的波阵面 称为波带。
(k 1 ,2 ,3 ,...)
2
中央明纹位置： 0
16
17
中央明条纹的半角宽度△θ 0即第一 暗纹的衍射角。
中央明纹的宽度△x：正负第一级
暗纹的位置距离。
xx1x1
x1
f
a
x 1tg k 1fsi n k 1ffa
x 2 f
a
18
第k级明纹的宽度：第k+1级暗纹 与第k级暗纹的位置距离。
12
3个半波带，P点亮纹，亮度 比中央亮条纹弱。
13
4个半波带，P点暗纹。
14
对于某些方向，波阵面AB不 能分成整数个半波带，则光线会 聚后得到的光强介于亮条纹和暗 条纹之间。
15
暗纹条件：
asi n2k (k1,2,3,...)
2
亮纹条件：
asi n (2 k 1 )
46
劳厄斑（a）红宝石晶体 （b）单晶硅
47
符合反射定律，且光程差符合布喇格公 式的衍射子波加强。
2 d s i n k k 1 ,2 ,...
48
伦琴射线摄谱仪 X射线光谱分析 X射线晶体结构分析
49
第三节 光的偏振 一、光的偏振性 （一）自然光
由波的传播方向和波的振动方向 所确定的平面称为波的振动面。
7
在波的传播过程中,从同一波阵面 上的各点发出的子波，经传播在空 间某点相遇时，这些次级子波要相 干叠加，这一点的振动即是相干叠 加的结果。这个发展了的惠更斯原 理称为惠更斯-菲涅耳原理。
8
菲涅耳衍射
9
夫琅和费衍射
10
中央亮条纹 衍射角
11
tg x f
波阵面AB分割成小的波阵面 称为波带。
(k 1 ,2 ,3 ,...)
2
中央明纹位置： 0
16
17
中央明条纹的半角宽度△θ 0即第一 暗纹的衍射角。
中央明纹的宽度△x：正负第一级
暗纹的位置距离。
xx1x1
x1
f
a
x 1tg k 1fsi n k 1ffa
x 2 f
a
18
第k级明纹的宽度：第k+1级暗纹 与第k级暗纹的位置距离。
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r2 - r1 n - 1d
而不是Δ 0
§8-1 光的干涉 9
通过薄透镜的近轴光线具有等光程性.
A B C
a
B C
a
·
焦平面
F
S
·
b c
·
S
焦平面
A
B C
·
F
使用透镜不会产生附加光程差，物点到象点各光 线 之 间 的 光 程 差 为 零 —— 等 光 程 性 （aplanatism）。
(constant phase difference)
P
§8-1 光的干涉 3
普通光源的发光机理: 物质发光的基本单元——分子、原子等从具有较 高能量的激发态向具有较低能量的状态 ( 基态或 低激发态 ) 跃迁时 , 发射的一个电磁波波列 (wave 波列 train).
激 发 态 跃迁 基态
（transition）
: 7.5 1014 ~ 4.3 1014 Hz
4000Å 紫
可见光的范围
7600Å 红
红 760nm~630nm 橙 630nm~590nm 黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm 青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫 430nm~400nm
§8-1 光的干涉 1
§8-1 光的干涉 11
光学篇（Optics)
波动光学(Wave Optics) 几何光学(Geometrical Optics) X射线(X-ray) 激光(Laser)
4000Å 紫
7600Å 红
第八章 波动光学及医学应用
光的干涉
光的衍射 光的偏振
第八章 波动光学及医学应用
光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素 人类对光本质的认识：
n f nf n
光通过不同媒质时的相位差，引入“光程”的概念。
§8-1 光的干涉 7
光程 : L=nr, 光波在介质中 所经历的几何路程 r 与该介 质的折射率n的乘积。
n1
r1
n2 ……
……
nm
rm
2.光程差（optical path difference）： n2 r2 - n1r1 3.相位差和光程差的关系： 2r 2nr 2 n 意义：把光在介质中通过的几何路程按相位变化 相同折合到真空中的路程——可以统一用真空中的 波长来计算.
En
自发辐射(spo长 L = Δt c=3m
原子的发光跃迁
跃迁过程的持续时间约为 10-8 s
§8-1 光的干涉 4
普通光源发光特点 原子发光是断续的 , 每次发光形成一长度有限的 波列,各原子或同一原子各次发出的波列,其频率 和振动方向可能不同； 来自两个光源或同一光源的两部分的光 , 不满足 相干条件,叠加时不产生干涉现象.
光的干涉(interference of light)：满足一定条 件的两束光重叠时,在叠加区域形成稳定、不均 匀的光强分布的现象.
光的干涉在历史上曾 作为光的波动性的重 要例证.
彩色的肥皂泡
§8-1 光的干涉 2
一、光的相干性： 光源 （light source） 任何发射光波的物体称为光源。 光是电磁波。 可见光是能引起人的视觉的那部分电磁波。 1、相干光(coherent light) ：相干光源发出的光。 频率相同 1 相干条件：(the same frequency) (coherent 振动方向相同 (the same direction of vibration) 2 condition) 相位差恒定
牛顿的微粒说（Particle theory） ==>惠更斯的波动说（Wave theory） ==>麦克斯韦电磁波说（Electromagnetic wave theory） ==>爱因斯坦的光量子说（Quantum light theory）
第八章 波动光学及医学应用
光学发展简史
萌芽时期
几何光学时期
光程：L = (ni ri )
r2
§8-1 光的干涉 8
例 如图，在S2P 间插入折射率为n、厚度为d 的媒 质。求：光由S1、S2 到 P 的相位差 。
解：
S1
2
r1
n
d
· p
r2
2 r2 - d nd - r1
2
L2 - L1
S2
2 若r1 r2 , 则 （n - 1)d ,
发展时期 波动光学时期 量子光学时期 现代光学时期
远古 萌芽 16 17 几何光学 过渡时期波动 理论逐惭形成 18 19 波动 光学 20
微粒学说 波动学说
波粒二象性
(wave-particle duality)
21 世纪轴
现代光学 量子光学
第八章 波动光学及医学应用
光本质上是种电磁波，可见光波长为400~760nm 之间。光的干涉、衍射现象证明了光的波动性， 而偏振现象则证明了光的横波性质。
§8-1 光的干涉 10
三.杨氏双缝干涉（double-slit interference）实验
1.实验方法及现象：
托马斯· 杨 (T. Young, 1773-1829)英国人
1801年,托马斯杨完成了一个判别光性 质的关键性实验 .观察屏上有明暗相间 的等间距条纹 ,这只能用光是一种波来 解释.杨还由此测出了光的波长.
· ·
自发辐射
独立
（不同原子同一时刻发的光）
独立（同一原子不同时刻发的光）
§8-1 光的干涉 5
相干光的获得方法 将光源上同一原子同一次发的光分成两部分,再 使它们叠加.
s1
光的相干性与波列
光 源
*
s2
分割波阵面法
分割振幅法
（division of wavefont）
（division of amplitude）
§8-1 光的干涉 6
二、光程与光程差: 相位差在分析光的干涉时十分重要，为便于计算 光在介质中传播时，光振动的相位沿传播方向逐 点落后。光传播一个波长的距离，相位变化2。 1.光 程 (optical path) 介质中 ：几何路程 r ，波速 u ，波长 ，折射率 n 。 真空中：路程L，波速c，波长 。时间t，频率f。 c u c u , L=ct=nu· t=nr