物理光学-第四章共73页文档
人教版八年级物理上册全套教学课件 第四章 光现象全章课件汇总
4．改变光束入射的角度，按照第2步多做几次，换用不同颜色的笔
记录每次光的径迹.
次数
入射角i
反射角r
1
2
3
5．取下纸板，用量角器测量ON两侧的∠i和∠r，并记录在表格中． 讨论：多次实验的目的是_______避_免_偶_然_性_，__得_到_普_遍_规_律________. 6．小红分析数据得出的结论是：光反射时，入射角等于反射角；小 东认为应是：光反射时，反射角等于入射角．谁的结论正确？为什么？ 答案：小东的结论正确．因为先有入射角后才有反射角．
❖ 4. 镜面反射和漫反射
❖ (1)当反射面极为光滑时，一束平行光射到镜面上后，会平被行 _______地反射，这种反射叫做_______反射．
镜面
❖ (2)当反射面粗糙不平时，会把平行的入射光线向 ___________反射，这种反射叫做_____反射． 四面八方
❖ (3)镜面反射和漫反漫 射的共同点是都遵循_______定律．
进行实验观察现象： 1．光在空气中怎样传播？——沿直线传播 2．光在水中怎样传播？ ——沿直线传播 3．光在玻璃中如何传播？——沿直线传播
思考 光是否一定沿直线传播？
光从空气斜着射向水面时，光在 界面处发生偏折
PPT模板：/moban/ PPT背景：/beijing/ PPT下载：/xiazai/ 资料下载：/ziliao/ 试卷下载：/shiti/ PPT论坛： 语文课件：/kejian/yuw en/ 英语课件：/kejian/ying yu/ 科学课件：/kejian/kexu e/ 化学课件：/kejian/huaxue/ 地理课件：/kejian/dili/
2．光的反射定律中关于“光的反射”的各个物理名词：
(1)法线：经过入射点O并垂直于____反_射_面___的直线， 如图中的
物理光学-第4章
4-2 单色平面光波在晶体中的传播特性
运用菲涅耳波法线方程可以解决以下几个问题。
′′ n ′, n） (1)已知—晶体ε i 给定和波法线方向可求n（
由：菲涅耳波法线方程：
l k21 1 1 − n 2 ε1
+
l k22 1 1 − n2 ε 2
+
l k23 1 1 − n2 ε3
=0
由菲涅耳波法线方程 解出 n′ , n′′值代入下式即可求出两组 ' '' 相应的比值 E1′ : E2 : E3' 和E1'' : E2 : E3'' 从而定出E的方向，从而定出分别对 应的D方向。
4-2 单色平面光波在晶体中的传播特性
因为一般晶体中三个主折射率不完全相等，导致D和E在一般情况下不平行，使 得光能流方向(光线方向) 与光波法线方向一般不重合，即光能不沿波法线方向而 是沿光线方向传播，等相面前进的方向（法线方向）既然与光能传播方向（光线 方向）不同，其对应的速度—相速度 v p 与光线速度v r也就不同，两者在方向上有 一夹角为α（D，E间夹角）大小关系如下：
[
]
[
]
]
− l k21 E1 − l k1l k 2 E 2 − l k1l k 3 E3
4-2 单色平面光波在晶体中的传播特性
(3)可求出两方向之间的一般关系。
Di =
ε o l ki ( l k ⋅ E )
1
εi
−
1 n2
′ D2 ′′ + D3 ′ D3 ′′ D ′ ⋅ D ′′ = D1′D1′′ + D2 ε l ( l ⋅ E ) ε l ( l ⋅ E ′′ ) ε l ( l ⋅ E ′ ) ε l ( l ⋅ E ′′ ) ε l (l ⋅ E ′) ε l (l ⋅ E ′′) o kz k o k3 k + o k2 k o k1 k + o k3 k ⋅ o k2 k 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 − 1 − 2 − − − − 2 ε ε 1 n′′ 2 ε 2 n′′ 2 ε 3 (n ′′) 2 1 n′ ε 2 n′ ε 3 n′
人教版新教材物理八年级上第四章光现象知识点docx
第四章光现象第一节光的直线传播一、光源本身能够发光的物体叫光源，光源分为天然光源和人造光源。
二、光沿直线传播1、条件：光在同种均匀介质中沿直线传播。
2、光线：用一条带有箭头的直线表示光传播的径迹和方向，这样的直线叫作光线。
3、现象：影子、小孔成像、日食、月食等。
4、应用：激光准值、战队看齐、射击瞄准等。
三、光速1、光在不同介质中的传播速度不同，光在真空中能传播，并且传播速度最大，真空中的光速C=3×108m/s。
2、光速的大小：V空气>V液体>V固体2、光年：光年是光在真空中传播1年所经过的距离，它不是时间单位，而是长度单位。
四、小孔成像1、原理：光的直线传播。
2、特点：倒立的实像。
3、形状：与物体（光源）形状相同，与小孔形状无关。
14、大小：光屏不动，小孔与物体（光源）距离越近，成像越大。
物体（光源）不动，光屏与小孔距离越远，成像越大。
五、光直线传播中的延长线作图法1、确定光源：将所给光线反向延长，交点即为光源的位置。
2、确定像：物、孔、像在一条直线上，连接物孔，然后延长，延长线与屏的交点即为像的位置。
第二节光的反射一、光的反射现象人眼能够看见本身发光的物体是因为光源发出的光进入了人的眼睛。
我们能看到本身不发光的物体，是因为它们反射的光进入了眼睛。
二、光的反射定律1、入射点O（也是反射点）：入射光线与反射面的接触点。
2、入射光线AO：从光源入射到反射面的光线。
3、反射光线OB：入射光线射到反射面上后，被反射面反射后的光线。
4、法线ON：通过入射点且垂直于反射面的直线。
5、入射角i：入射光线与法线的夹角。
6、反射角r：反射光线与法线的夹角。
2二、光的反射定律在反射现象中，反射光线、入射光线和法线在同一平面内；反射光线和入射光线分别位于法线两侧；反射角等于入射角。
三、光路的可逆性反射现象中，光路是可逆的。
入射光线沿原来反射光线的相反方向射到反射面上时，反射光线将沿原来入射光线的相反方向射出。
物理光学 第四章
∆m =
2h(λ2 −λ ) 1
λ1λ2
∆m= ∆e e
∆e 2 ∆λ = λ 2he
当两组条纹分不开时，此时两个波长的波长差为分辨极限。 当两组条纹分不开时，此时两个波长的波长差为分辨极限。
λ ∆λm
4.2 法布里-珀罗干涉仪 法布里不考虑标准具的吸收， 不考虑标准具的吸收，对应于两个波长靠得很近的条纹的合强度为
物理光学
南京师范大学物理科学与技术学院
第四章 多光束干涉与光学薄膜
第三章讨论了平行平板和楔形平板的双光束干涉， 第三章讨论了平行平板和楔形平板的双光束干涉，由于光束在平板 必须考虑多光束干涉。 内不断的反射和折射 ，必须考虑多光束干涉。 当平板两表面的反射率很低时，只需要考虑头两束光干涉。例如， 当平板两表面的反射率很低时，只需要考虑头两束光干涉。例如， 接近正入射时， 束光的强度为入射光的4%， 束为3.7%， 接近正入射时，第1束光的强度为入射光的4%，第2束为3.7%，而 束不到0.01%。 第3束不到0.01%。 但是当平板表面镀有金属膜层使得反射率很高时， 但是当平板表面镀有金属膜层使得反射率很高时，就不能仅仅考虑 头两束光的作用。 头两束光的作用。 多光束干涉是激光器谐振腔和光学薄膜理论的基础。 多光束干涉是激光器谐振腔和光学薄膜理论的基础。
4.1 平行平板的多光束干涉：干涉条纹的锐度 平行平板的多光束干涉：
锐度：用条纹的位相差半宽度来表示， 位相差半宽度来表示 锐度：用条纹的位相差半宽度来表示，也就是条纹强度等于峰值强 度一半时两点间的位相差之间的距离。 度一半时两点间的位相差之间的距离。
∆δ δ = 2mπ ± 2 1 1 = ∆δ 2 1+ F sin 2 4
反射光在P 反射光在P点的光场分布为
物理光学第四章
4 / 88
➢最早利用波动原理解释衍射现象的是菲涅尔。 ➢本章采用基尔霍夫（G. Kirchhoff）的标量衍 射理论。 ➢衍射现象分为两类： （1）菲涅尔衍射，观察屏距衍射屏不太远； （2）夫琅禾费（J. Fraunhofer）衍射，观察屏 和光源距离衍射屏无限远。
06:10
4-1 基尔霍夫衍射理论(5.1, 5.2) 5/88
4-1
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➢ 菲涅尔假设：K()，K( >=90°)=0，故只有面上 的点对P有贡献
➢ 所有面上的点对P点的贡献和：
E~(
P)
CE~Q
exp( ikr) r
K
(
)d
—惠更斯-菲涅尔原理的数学表达
波前可以是任意曲面，此时
E~( P )
C
E~Q
exp( ikr) r
K (
)d
—惠更斯-菲涅尔原理的推广
用5.19式计算衍射，不易求出积分， 因此在实际的问题中，需要近似处理。
傍轴近似以简化衍射公式： •(1)取cos(n,r)=cos1， K()=(1+cos)/2 1
•(2)球面波幅度因子1/r 1/z1
•(3)相位因子须更高阶近似
y1
x1
r
z Q
y x
P
06:10
4-3
做出(1)(2)两个近似后，
06:10
4-1
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考察平面屏上一透光孔径Σ
S 单色点光源
Q
P 所考察场点
数学依据：任一点光场P点的扰动可 由包围该点的闭曲面上各点的场值及 其梯度值表示出来（叠加积分）.
作闭曲面 ' 1 2
两个假定----基尔霍夫边界条件 1. 开孔（Σ）处光场及其梯度值与无屏时相同——忽略了屏对场的影响; 2. 紧贴屏（Σ1）后无扰动，光场及梯度值均为0——忽略了场在屏后的扩展. 屏对场的影响只发生在孔径边缘波长量级的极小范围，
第四章 光的衍射
d = 120 cm
眼睛的最小分辨角为
D = 5.0 mm λ 取 δθ = 1.22
D
λ = 550 nm
d ≈ S δθ
Dd 5.0 × 10 3 × 1.20 S≈ = = = 8.94 × 103 m δθ 1.22λ 1.22 × 550 × 109 d
δθ
观察者 S
d =120 cm
§4.4光栅衍射 光栅衍射
(2) N 缝干涉 ) 对N 缝干涉两主极大间 有N - 1个极小, N - 2 个极小, 个次极大. 个次极大. 衍射屏上总能量
k = 1
4I 0
I
k =1
k =0
N =2
缝干涉强度分布
25I 0
I
E∝N
k = 1 k =0 k =1
主极大的强度 I ∝ N 2 由能量守恒, 由能量守恒,主极大的 宽度 ∝ 1 N 随着N 的增大, 随着 的增大,主极大 变得更为尖锐, 变得更为尖锐,且主极 大间为暗背景
λ = 16 cm x0 = 2 ftg θ 1 = 2 f
a
一级明纹宽度是中央明纹宽度的一半即8cm. 一级明纹宽度是中央明纹宽度的一半即8cm 是中央明纹宽度的一半即8cm. 另解: 另解: 一级暗纹在屏上的位置坐标为
x1 = ftg θ 1 ≈ f sin θ 1 = f
二级暗纹满足 a sin θ 2
式中 f 是透镜焦距
3,光学仪器的分辨本领
瑞利判据
0.8I 0
当一个爱里斑中心刚好落在另一个爱里斑的边缘上时,就认为这 一个爱里斑中心刚好落在另一个爱里斑的边缘上时 刚好落在另一个爱里斑的边缘上 两个爱里斑刚好能分辨. 两个爱里斑刚好能分辨.
光学仪器的通光孔径 D
高中物理选修课件第四章光归纳与整理
光的折射定律
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播 方向会发生改变，这种现象称为光的折射 。折射光线、入射光线和法线在同一平面 内，且折射角与入射角满足一定的关系。
B
光的干涉和衍射
干涉是两列或几列光波在空间某些区域相遇 时相互加强或相互减弱的现象。衍射是光在 传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线
D
传播的现象。
折射现象
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
解释
光在两种不同介质的交界面处发生折射，是由于光在不同介质中的传播速度不 同，导致光在交界面处的传播方向发生改变。
折射率与透镜成像
折射率
光在真空中的传播速度与光在该介质中 的传播速度之比，即n=c/v。
VS
透镜成像
透镜对光线有会聚或发散作用，当平行光 线经过透镜后，会聚于一点或形成一平行 光束，该点或平行光束与透镜的距离称为 焦距。透镜成像的规律与折射率有关，不 同折射率的透镜成像规律不同。
谢谢聆听
高中物理选修课件第 四章光归纳与整理
汇报人：XX 20XX-01-17
目录
• 光的直线传播 • 光的反射 • 光的折射 • 光的干涉与衍射 • 光的偏振与全反射 • 复习与总结
01
光的直线传播
光源与光线
光源
能够自行发光的物体叫做光源。 光源可分为天然光源（如太阳、 萤火虫）和人造光源（如电灯、 蜡烛）。
常见题型解析
光的反射和折射问题
这类问题通常涉及到光的反射和折射定律的应用，需要根 据已知条件画出光路图，并应用定律求解相关角度或距离 。
光的全反射问题
这类问题通常涉及到全反射现象的判断和计算，需要根据 已知条件判断是否能发生全反射，并应用全反射公式求解 相关角度或距离。
初中物理八年级人教版第四章光现象(整章知识详解)图文结合
A 激光准直（用激光引导掘进机） （激光的特点： 能集中射向一个方向而不散开，因而 能射得很远而亮度没有明显的减弱）
B 排直队要向前看齐
C 影子的形成：由于光是沿直线传播 的 所以当光在传播过程中，遇到不透明的物
体，在物体后面便产生影。
八年级物理第四章光现象
路灯下人影子的变化情况
五 光的色散
光的色散现象说明：白光是 由红、橙、黄、绿、蓝、靛、 紫七种色光混合而成的。
八年级物理第四章光现象
彩虹形成的 原因解释:
彩虹是太阳光传播中被空 气中的水滴 色散(折射)而 产生的。
八年级物理第四章光现象
彩色电视机里的各种颜色是怎样 产生的？
放大镜放大
电视画面的颜色是由红、绿、蓝三种色条合成的。
八年级物理第四章光现象
3.“三线”、“二角”、“一点”
八年级物理第四章光现象
4.光的反射定律
(1)反射光线和入射光线 分别位于法线的两侧；
(2)反射角等于入射角；
(3)反射光线、入射光线 和法线在同一平面内。
八年级物理第四章光现象
5.光的反射中光路是可逆的。
6.镜面反射—根据光的反射定律，当平行光线 射到镜面上时，反射光线仍为平行光线，这种 反射叫做镜面反射。
光 的 折 射 规 律
• 折射光线和入射光线分别位 于法线两侧。
光 的 折 射 规 律
• 光从空气斜射到玻璃或水表面时，折射光线向 法线靠拢，折射角小于入射角
光 的 折 射 规 律
• 入射角增大，折射角也增大。
光 的 折 射 规 律
• 光垂直射到玻璃或水表面时，在玻璃或水中的 传播方向不变。
●透明物体的颜色与透过的色 光颜色相同
八年级物理第四章光现象第一节%3A光的直线传播-文档.doc
人眼看不见的比J 红外线I 紫外线比的血线传播严的11线传播忧在同一种均匀介质中沿血线传播JIU“珥现铝形于的形戚（手影.nfrna ＞.小孔试像等光速：光在血空中的传播速度ift 快•气体•液体・同体按順FT 述减（1》平面镜成的足虚像⑵像与物体大小相等平而镜成像待点＜（3）像马物体到镜面的炙离相等（4）像勺物体的连线与鏡面垂仕«5）平血镜里成的像与物体左右倒在 平面tttsm ＞（i ）«ttt（2）改变光路.求物像的大小•距离.¥血诡成像的应用成像作图：平面诡楚像与物体的对称釉•像为虔像•用虫线 生活中具体应用 光污染（定义EttMffj ：法线、人射光线、反射光线，人射角、反射角（注，光路是可逆的）尢的反射（反射定律：反射光线、人射尢线和法线庄同-平面内•反射比线、入射尢线分居法线却制•反 射角等于入射角冲类:tftifu/iM 和沒反射 定义三线艸角，法线、入射光线、折射光线&人射角、折射九比的折射规律：肖光从一种介质射入另i 种介质时•折射光线、人鮎尢线和法线在同-平面 允的折射丿内•折射光线和人射比线分别位F 法线的炖的・人射角增大•折射如也融之堆大•半光线垂fi 射向介质衣面时•传播方向不改变《折射比路也启可逆的）比线的折射发生在空气与另外•种介质之间时•空代中的那个角较大・）tit 物质中的那个角 较大第1节光的直线传播预习新知1. 光源：自身能够 ________ 的物体叫做光源.2. 传播规律：光在同一种均匀介质中是沿_________ 传播的.3. 光速：真空中的速度c= _________ m /s= _____________ km/s.光在其他介质中的速度比在第四章光现象知识网络一一梳理知识，建立体系篠吊破万鼠,下笔b 韦种。
一— 杜甫《泰赠车左密丈二十二鞫》光的色敬 比的三脈色 物体的滋色允的色nt ■濮色真空中的 _______ ,在空气中可近似为 ________ m/s.4.光源分类：太阳、萤火虫是________ 光源；篝火、蜡烛、电灯等是________ 光源；月亮_______ 光源.5.光年：测量_______ 的单位.它指的是光在一年内通过的距离.注意：（1）小孔所成的像是______ 立的________ 像，像的大小可能是大于、等于或小于物体.⑵小孔成像时，像与物体的形状__________ ,与孔的形状 _________ .例如，树荫下的圆形光斑是 ____ 经过树叶的缝隙形成的像.【答案】1.发光2.直线3. 3X IO8 3X 105慢3X1084.自然人造不是5.长度⑴倒实（2）有关无关太阳课程导学一、光在同种均匀介质中沿直线传播手影戏是由位于幕布后面的表演者利用自己的一双手做造型，观众在幕布上看到的是人物或动物栩栩如生的各种姿态.这个节FI利用了光在 ____________________ 中沿直线传播的道理.【答案】同种均匀介质二、光速光在真空中的速度最快c=3X108m/s=3X105km/s.空气中光速接近真空的光速.1.电闪雷鸣时，我们总是先看到闪电后听到雷声，说明光速比声速 _________ （填“大”或“小”）；真空中的光速为_______ m/s.太阳距地球1.5X1011 m,太阳发111的光要经过_______ s才能到达地球.2.用激光发射器向月球发射信号，发出信号经2.6 s接收到返回信号.据此请你算一•算，力球到地球的距离为多少千米？爱扫码，爱视频【答案】1•大3X 108 5002.解：v ^=3X 108m/s, r=2.6 sX^=1.3 s, s=vt=3X 10x m/sX 1.3 s =3.9X 10s m=3. 9X105 km.课堂达标1.下列不是光源的物体有（）A.太阳B.火焰C.月亮D.电灯2.下列说法中，正确的是（）A.光是沿直线传播的B.光线是真实存在的C.光的传播需要时间D.光的传播速度是3X108 m/s3.光在下列几种介质中，传播速度最大的是（）A.空气B.水C.玻璃D.真空4.光在不同的物质中传播的速度是不同的，下面的光速大小排列中，正确的是（）A.o空气＞v空＞。
光学教程第四章New
则有 ④ U0
( x0
,
y0
)
e e ikz
i
k 2z
[
x02
+y02
]
F{U1 ( x1 ,
i
y1 )e
k 2z
[
x12
+y12
]
}
在某些问题中(例如会聚球面波照明衍射屏 时)二次位相因子可以被消去。
2020年1月17日
20
光 学 第四章 光的衍射
夫琅禾费衍射
夫琅禾费近似：k
2z
( x12
y12 )max
困难：与波的物理 量无关，不能计算振幅 和位相；不能定量解释 衍射和干涉。
2020年1月17日
7
光 学 第四章 光的衍射
惠更斯－－菲涅耳原理（1818）
波传到的任何一点都是子波的波源；设S是某光波的波阵面
，在其上任一面元dsi都可看作是次波的光源，各子波在空间
某点的相干叠加，就决定了该点处光波的强度。若dsi在波阵
R
R r0
rK
2020年1月17日
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光 学 第四章 光的衍射
菲涅耳半波带法
任何一个半波带面积和它至P点的距离之比是 一个与K无关的量。各半波带在P点振幅的不同， 只能与倾斜因子有关。
An ( p)
a1
2
a1
2
( a1 2
( a1 2
a2 a2
a3 2 a3 2
Ap
am1 2
菲涅耳与泊淞亮点问题……
2020年1月17日
34
光 学 第四章 光的衍射
2020年1月17日
《物理光学》课件
《物理光学》课件一、教学内容本节课我们将学习《物理光学》第四章——光的干涉。
详细内容包括干涉现象的基本概念、干涉条件、双缝干涉实验、光程差、干涉条纹的观察与分析。
二、教学目标1. 理解光的干涉现象，掌握干涉条件及其应用。
2. 学习双缝干涉实验的原理和操作，能够分析干涉条纹的形成原因。
3. 能够运用所学知识解释实际生活中的干涉现象。
三、教学难点与重点重点：双缝干涉实验的原理、光程差的计算。
难点：干涉条纹的观察与分析，以及干涉现象在生活中的应用。
四、教具与学具准备教具：激光器、双缝干涉仪、光屏、白纸。
学具：笔记本、铅笔、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入：使用激光器和双缝干涉仪展示干涉现象，引导学生观察并思考。
2. 理论讲解：讲解干涉现象的基本概念、干涉条件，解释双缝干涉实验的原理。
3. 例题讲解：以双缝干涉实验为例，讲解光程差的计算方法，分析干涉条纹的形成。
4. 随堂练习：让学生分组操作双缝干涉仪，观察干涉条纹，并计算光程差。
5. 分析讨论：分组汇报观察结果，讨论干涉条纹的特点及其影响因素。
六、板书设计1. 光的干涉定义及条件2. 双缝干涉实验原理3. 光程差的计算4. 干涉条纹的分析七、作业设计1. 作业题目：结合双缝干涉实验，计算光程差，并分析干涉条纹。
答案：见附件。
2. 拓展题目：生活中有哪些光的干涉现象？请举例说明。
八、课后反思及拓展延伸本节课通过实践情景引入、例题讲解、随堂练习等方式，使学生掌握了光的干涉原理及其应用。
课后，教师应反思教学效果，针对学生的掌握情况，进行针对性的辅导。
同时，鼓励学生关注生活中的光学现象，提高其学以致用的能力。
重点和难点解析1. 双缝干涉实验的原理和操作。
2. 光程差的计算。
3. 干涉条纹的观察与分析。
4. 生活中的干涉现象举例。
一、双缝干涉实验的原理和操作实验原理：1. 光源（如激光）发出的光波经过两个非常接近的狭缝，分别形成两束相干光。
2. 这两束光在狭缝后的光屏上相遇，发生干涉现象，形成明暗相间的条纹。
人教版八年级物理上册第四章光现象单元复习课件(79张ppt)
问题:
光 1.光源：能够发光的物体
的 直
2.条件：光在同种、均匀介质中是沿
线
直线传播的。
传
播 3.光速：真空中的光速：
4.现象：小孔成像、影子、日月食的形成
如：太阳，
天然光源
蜡烛，电灯，手电筒 等
人造光源
问题:
光 1.光源：能够发光的物体
的 直
2.条件：光在同种、均匀、透明介质
将偏离法线，折射角大于入射角。
o o
空气 玻璃砖
空气
楼房是变高 还是变矮
太阳光(白光)是 不是单纯的光?
●天空为什么会 出现彩虹?
●物体为什么有 各种颜色?
五 光的色散
光的色散现象说明：白光是 由红、橙、黄、绿、蓝、靛、 紫七种色光混合而成的。
●天空为什么会 出现彩虹?
●物体为什么有 各种颜色?
彩虹形成的 原因解释:
彩虹是太阳光传播中被空 气中的水滴 色散(折射)而 产生的。
• 彩色电视机里的各种颜色是怎样 产生的？
放大镜放大
电视画面的颜色是由红、绿、蓝 三种色条合成的。
色光的混合
• 色光的三原色：红、绿、蓝。
红+绿+蓝=白
电视、电影都是根据 色光三原色所制成。
物体为什么会呈现不同的颜色
位于法线两侧。
光 • 光折射时，折射光线、入射光线、法 线在同一平面内。折射光线和入射光
的 线分别位于法线两侧。 折 • 光从空气斜射到水或玻璃表面时，折
射光线向法线靠拢，折射角小于入射
射 角。入射角增大，折射角也增大。 • 光垂直射到水或玻璃表面时，在水和
规 玻璃中的传播方向不变。 律 • 光从水中斜射入空气中，折射光线
《物理光学》电子课件4-01
Tij aki aljTk'l
如果考虑的是矢量，则新坐标系中的矢量表示式A′与原坐标 系中的表示式A间的矩阵变换关系为:
A1' A2'
a11 a21
A3'
a31
a12 a22 a32
a13 a23 a33
A1 A2 A3
其分量变换公式为:
Ai' aij Aj
i, j=1, 2, 3
3. 对称张量
一个二阶张量［Tij］，如果有Tij=Tji，称为对称张量， 它只有六个独立分量。
与任何二次曲面一样，二阶对称张量存在着一个主轴坐标系， 在该主轴坐标系中，张量只有三个对角分量非零，为对角化 张量。于是，当坐标系进行主轴变换时， 二阶对称张量即 可对角化。例如，某一对称张量:
相关。张量也可以用其分量形式表示如下：
p1 T11q1 T12q2 T13q3
p2
T21q1
T22q2
T23q3
p3
T31q1
T32q2
T33q3
其一般分量形式为：
pi Tijq j i, j 1,2,3
j
按照爱因斯坦求和规则：若在同一项中下标重复两次，则 可自动地按该下标求和，将上式简化为
进一步，把n′=n″=n0的结果代入(4-42)式，可以得到三 个完全相同的关系式：
k1E1+k2E2+k3E3=0
D E
sk
E D
各向同性介质中D, E, k, s的关系
(2).单轴晶体
单轴晶体的主介电系数为：
1
2
no2 , 3
2 e
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双折射现象的重要应用之一是制做偏振器件，因o光和e光都 是100%的线偏振光，这一点比其它偏振器（偏振片和片堆） 性能更优越。利用o光和e光折射规律的不同可以将它们分开， 这样我们就可以得到很好的线偏振光。
4.1晶体双折射 4.2晶体光学器件 4.3晶体的偏光干涉 4.4旋光效应 4.5磁光效应 4.6电光效应
4.1晶体的双折射
一、双折射现象
当一束单色光在各向异性晶体的界面折射时，一般 可以产生两束折射光，这种现象称为双折射。双折 射现象比较显著的是方解石（CaCO3）.
实验现象：取一块冰洲石（方解石的一种）放在一 张有字的纸上，我们将看到双重的像，且冰洲石内 的两个像浮起的高度是不同的，（此是光的折射引 起的，折射率越大，像浮起的高度越大）。
四、惠更斯作图法
在各向同性介质中，可以利用惠更斯原理来求折射光线的方 向。此方法也可以应用到晶体中来，从而直接得到晶体中两 个折射光波的光线方向。
先把各向同性介质中惠更斯作图法的基本步骤归纳如下：
（1）画出平行的入射光束，令两边缘光线与界面的交点分 别为A，B’
B A
空气
B＇
A＇ 介 质
（2）由先到界面的A点作另一边缘入射线的___垂线AB，它便
4.2晶体光学器件
一、偏振器（为了获得线偏振光）
在光电子技术应用中，经常需要偏振度很高的线偏振光，除 了某些激光器本身可产生线偏振光外，大部分是通过对入射 光进行分解和选择获得线偏振光，通常将能够产生线偏振光 的元件叫做偏振器。
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。
从光的电磁理论的观点看，晶体的这种持殊的光学性质是
光波电磁场与晶体相互作用的结果。晶体在光学上的各向异 性，实质上表示晶体与入射光电磁场相互作用的各向异性。
在麦克斯韦电磁场理论中，用介电常数ε来表征物质的极化
状况。在各向同性媒质中，电位移矢量与电场强度关系是：
D E
，这里ε是介电常数，是一标量，此式表明D与E的
B A
空气
B＇
A＇ 介 质
现在把这一方法应用到单轴晶体上，这里情况唯一不同之处是 从A点发出的次波面不简单地是一个半球面。而有两个，一个
是以 v 0 t 为半径的半球面（o光的次波面），另一个是与它在
光轴方向上相切的半椭球面，其另外的半主轴长为 v e t （e光的 次波面）。
则惠更斯作图法步骤如下：
是入射线的波面。求出B到B’的时间 t BB ' c
（3）以A为中心，νt为半径（ ν为光在折射介质中的波
速）在折射介质中作半圆（实际上是半球面）,这就是另一边 缘入射线到达B’点时由A点发出的次波面。
（4）通过B’点作上述半圆的切线（实际上是切面）这就是 折射线的波面（包络面）
（5）从A联接到切点A’的方向便是折射线的方向。
根据定义，这平面也是两折射线的主平面，这样我们可以判 知，两折射光的偏振方向：o光的振动垂直纸面，e光的振动 在纸平面内。
对于普遍的一般情况，光轴既不与入射面平行也不与它垂直， 这时e光次波面与包络面的切点Ae’和e光本身都不在入射面内， 就不能用一张平面图来表示了。
光轴方向
光轴方向
光轴方向
几种正入射情况 晶面平行于光轴且光波垂直于晶面——波片
进一步的研究表明，晶体内的两条折射光线中一条 总是符合普通的折射定律，此折射光线叫做寻常光 （o光，来源为ordinary），另一条折射光线却违背它， 叫做非常光（e光，来源为extraordinary）。
注：所谓的o光和e光，只在双折射晶体的内部才有意义，射出 晶体以后，就无所谓o光和e光了。 2、晶体的光轴
当入射光线在主截面内，即入射面与主截面重 合时，两折射线皆在入射面内（o、e主平面与 此面重合）；否则，非常光可能不在入射面内。
在实用中，都有意选择入射面与主截面重合以 使所研究的双折射现象大为简化。（o光与e光 都在入射面内）
三、双折射的电磁理论
晶体的双折射现象，表明晶体在光学上是各向异性的。即， 它对不同方向的光振动表现出不同的性质。具体地说，对于 振动方向互相垂直的两个线偏振光，在晶体中有着不同的传 播速度（或折射率），因而产生双折射现象。
这表明，光在这种晶体内成了两束，它们的折射程 度不同。此为双折射。
方解石晶体的双折射现象
二、几个术语的定义 1、寻常光线和非常光线
让一束单色光正入射在冰洲石晶体的表面，就会发 现光束分解成两束。
按照折射定律，正入射时光线不应偏折。而上述两 束折射光中的一束确实在晶体中沿原方向传播，但另 一束却偏离了原来的方向，后者显然是违背普通的折 射定律的。
e光
O光 偏振片
冰洲石中存在着一个特殊的方向，光线沿这个方 向传播时o光和e光不分开（即它们的传播速度和 传播方向都一样），这个特殊方向称为晶体的光 轴。
注：晶体的光轴并不是经过晶体的某一条特定的 直线，而是一个方向。在晶体内的每一点都可以 作出一条光轴来。
单轴晶体：只有一个光轴方向的晶体：方解石、 石英及KDP（磷酸二氢钾）
B
（1）和（2）两步同前； （3）应根据已知的晶体光轴 方向作上述复杂的次波面；
A
B＇
光轴
A O＇
（4）从B’点分别作o光和e光 次波面的切面。得到两个切点A0’和Ae’；
A ＇e
e光
O光
（5）从A联接A0’和Ae’它们分别是o光和e光的光线方向。
注：上图中给的主截面与入射面重合，从而切点A0’、 Ae’和两 折射光线都在此平面内（入射面）。
双轴晶体：有二个光轴方向的晶体，云母，石膏， 蓝宝石等。
3、主平面与主截面
主平面：在单轴晶体内，由o光线和光轴组成的面为o主平面。 由e光线和光轴组成的面称为e主平面。一般情况下，o主光平 面和e主平面不重合。
主截面：在单轴晶体内当光线沿晶体的某界面入射时，此界面 的法线与晶体的光轴组成的平面。称为主截面（不一定与入射 面重合），方解石晶体的主截面如图所示，有3个。
方向一致。
在各，将麦克斯韦方程组和物质方程应用于晶体，可 得出单色平面波在晶体中的传播特性。
结论： 在给定的晶体中，相应于一个给定的波法线方向k0 ，允 许有两个特定振动方向的线偏光传播，这两个光的E矢量 互相垂直，并且有不同的光线速度，不同的光线方向和不 同的折射率。