《光学教程》姚启钧原著
《光学教程》(姚启钧)课后习题解答
《光学教程》（姚启钧）习题解答第一章 光的干涉1、波长为500nm 的绿光投射在间距d 为0.022cm 的双缝上，在距离180cm 处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离。
若改用波长为700nm 的红光投射到此双缝上，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。
解：1500nm λ= 7011180500100.4090.022r y cm d λ-∆==⨯⨯= 改用2700nm λ= 7022180700100.5730.022r y cm d λ-∆==⨯⨯= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 21220.328y y y cm ∆=∆-∆=2、在杨氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。
解：⑴ 7050640100.080.04r y cm d λ-∆==⨯⨯= ⑵由光程差公式210sin yr r d dr δθ=-== 0224y dr πππϕδλλ∆==⋅= ⑶中央点强度：204I A =P 点光强为：221cos4I A π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭012(1)0.8542I I =+=3、把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中，光屏上原来第5级亮条纹所在的位置变为中央亮条纹，试求插入的玻璃片的厚度。
已知光波长为7610m -⨯解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- ()15n d λ-= ()7645561061061010.5d m cm n λ---==⨯⨯=⨯=⨯-4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。
通过其中一个缝的能量为另一个的2倍，在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样，求干涉条纹间距和条纹的可见度。
《光学教程》(第四版,姚启钧原著)课件
8
二、光学的重要性
年轻而古老：光缆、光盘等——远古到现代 年轻而古老：光缆、光盘等——远古到现代 基础加应用：力、热、电、光——工业、农 基础加应用：力、热、电、光——工业、农 业、军事、天文学、医学、电 子学、材料科学、化学、生物、 通信等 理论与实验：张量、卷积、相关、δ 理论与实验：张量、卷积、相关、δ函数、 傅氏变换——普通光学实验、 傅氏变换——普通光学实验、 近代光学实验、现代光学实验等
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⑤ 傅立叶光学：光学傅立叶分析、傅立 叶变换等。 ⑥ 激光光谱学：物质微观结构及分子运 动规律的分析等。 ⑦ 非线性光学：光学介质与强光的相互 作用。 瞬态光学、光纤通信、光信息存储、 受激拉曼散射、受激布里渊散射、飞秒激 光……
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绪论 Introduction
0.1光学的研究内容和方法 0.1光学的研究内容和方法 一、光学的研究内容
2
编排特点
波动光学：第1章 光的干涉、第2章 光 ：第1 光的干涉、第2
的衍射、第5 的衍射、第5章 光的偏振 几何光学：第3章几何光学的基本原理、 ：第3 第4章 光学仪器的基本原理 光与物质间的相互作用：第6章 光的 ：第6 吸收、散射和色散 量子光学：第7章 光的量子性 ：第7 现代光学：第8章 现代光学基础 ：第8
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因此，到十九世纪中叶，光的波动理 论战胜了微粒学，而牢固的建立起来了。 惠更斯的旧波动理论的弱点和微粒理 论一样，它们都带有机械论的色彩，认为 光是一种弹性波，这样就必须臆想一种特 殊的弹性媒质----以太充满空间。为了不与 殊的弹性媒质----以太充满空间。为了不与 观测事实相抵触，以太必须具有极其矛盾 的属性：密度极小和弹性模量极大，这不 仅在实验中无法证实，在理论上也行不通。
姚启钧 光学教程(绪论)
§1.4 分波面双光束干 涉
8
发光持续时间 ~ 10 8 s 发光是间歇的
（长度有限、频率一 光波列 定、振动方向一定的 光波） 不同原子激发、辐射时彼 同一时刻各原子发出光波 此没有联系 的频率、振动方向和相位 各不相同
~ 10 10 s
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激发
辐射
同一原子不同时刻所 发出的波列，振动方 向和相位各不相同
r2
P0
y
两振动在P点合成的振动强 弱完全由相位差决定。
r0
1.相位差
r2 r1 ( ) ( 01 02 ) v 2 v1 2 n2 r2 n1 r1 ( ) ( 01 02 ) T c c 2 (n2 r2 n1 r1 ) ( 01 02 )
二、光学发展简史
萌芽时期 分 为 五 个 时 期 几何光学时期 (转折点) 微粒说
波动光学时期
波动学说
量子光学时期 光既有粒子性、又有波动性
现代光学时期 激光、光信息处理、 光计算机等
§1.1 光的电磁理论
一、光是某一波段的电磁波
c
1
0 0
电磁波在介质分解面发生的发射和折射现象， 传播过程中的干涉、衍射和偏振现象，电磁波在 真空中的传播速度等于c……
1.相干性
2.相干光的获得方法
两个独立的光源发出 分波阵面法：从同一波 的光或同一光源的两 阵面上取出两部分作为 部分发出的光都不是 相干光源 如杨氏双缝实验 相干光
同一原子同一次发出 的光在空间相遇时是 相干光
分振幅法：利用光在两
种介质分界面上的反射 光和透射光作为相干光
如薄膜干涉
二.典型的干涉实验 1.杨氏干涉
《光学教程》(姚启钧)第二章 光的衍射
3. 惠更斯-菲涅耳原理（1818）
菲涅耳对惠更斯原理的改进: 给不同次波赋予相应的相位和振幅，并将次波的干涉 叠加性引入惠更斯原理，得到衍射的定量表达式。
波面S上每个面元dS都是次波源，次波在p点引起振动的振幅与面积dS成正 比，与距离r成反比，且与倾角有关。
A(Q) K ( ) dE( P) dS r
相应的振动相位依次为：
a1 a2 a3 a4 ...... ak ak 1
f1，f1+，f1+2， f1+3，…f1+(k-1)，f1+k。
对于轴上光源点 S 和轴上场点 P ，设圆孔恰好分 为 k 个半波带，则有
~ i 1 E1 a1e ~ i 1 E2 a2e ~ i 1 2 E3 a3e
次波中心Q 的光振幅 Q点在p 点引起的 光波振幅 倾斜因子 次波中心附 近的小面元
d · r S Q S(波面)
次波中心 设初相为零
n
dE(p) · p
观 察 点
倾斜因子K()的特点
A(Q) K ( ) dE( p) C dS cos(kr t ) r
0, K K max K ( ) , K 0 2
2
1mm 1000 mm 1000 mm 4 6 1000 mm 1000 mm 500 10 mm
2
半径为0.5mm的圆屏挡住的波带数为：
j
'
0.5mm 1000mm 1000mm 1 1000mm 1000mm 500 106 mm
又：
( h r0 , R)
2 2
R rk (r0 h)
光学教程(姚启钧) 第6章 光的吸收散射和色散
1
a
10 cm 1km 的空气，光强为
5
I0 I 0.36 I 0 , e
光通过102cm=1m 的玻璃，光强即降到入射光强的 36%。
此规律在光的强度变化非常大的范围内（约 1020 倍） 都是正确的。
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适用范围：线性光学领域，光强不能太强。 如果光强太强，如用激光，则光与物质的非线性相互作用 过程显示出来了，在非线性光学领域内，吸收系数将和其它许 多系数（如折射率）一样，依赖于电、磁场或光的强度，朗伯 定律不再成立。
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光的吸收和散射都使原来传播方向上的光减弱，也遵从 下列负指数规律：
I I0e
散射的分类： 按入射光 的频率是 否发生改 变分类
l
I0e
(a s )
a 为散射系数， s 为吸收系数， a + s 称为衰减系数。
瑞利散射：线度l / 10 线性 米氏散射：线度l
dI a dx I
ln I ln I 0 a d
I ln a d I0
I I 0e
a d
朗伯定律的数学表达式
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I I 0e
a d
例如在一个大气压强下，空气对可见光的 玻璃对可见光的 即光通过
a 105 cm1 a 102 cm1
d
8
例如， lcm 厚的玻璃板对可见光范围内的各种波长的光波都 等量吸收 1% （即透射光的功率密度为入射光的 99% ），然 而玻璃对于波长大于 2500nm的光波，或波长在 3.5 — 5.0nm 的光波几乎都能完全吸收，因而对于红外线或紫外线来说， 玻璃就成为非透明体了。
9
选择吸收性 媒质吸收某种波长的光能比较显著
Mie散射或丁达尔散射和瑞利散射的规律不同，是否看到 蓝天白云的根本原因。
《光学教程》姚启钧原著第四章光学仪器基本基本原理
《光学教程》姚启钧原著第四章光
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学仪器基本基本原理
（四）、像面弯曲
1.现象：对较大物平面经透镜后成的像是抛物面。 2. 消除方法：采用组合系统，适当的选配各透镜
的焦距和折射率。
《光学教程》姚启钧原著第四章光
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学仪器基本基本原理
(五)、畸变
物平面
枕形畸变
桶形畸变
1、现象：像和物不能保持几何相似。
2、成因：由于物点离主轴的距离不同，而使得横 向放大率不同所引起。
Q
说明：
P
O
l
U
① 须将物放在同一特定位置比较两像大小。
② 放大镜和显微镜：明视距离处（25cm）；
望远镜：无穷远《处光。学教程》姚启钧原著第四章光
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学仪器基本基本原理
三、放大镜
Q`
最简单的放大镜--凸透镜:
L
U‘
y`
Q
使用放大镜的视角：
P`
y
O
FP
l'
U `
y`
s`
y
f
y f`
Q
-s`
-f U‘
一、目镜
1、定义：用于放大其它光具组所成像的助视仪器。 要求：A、放大本领高；
B、能校正像差、色差。 2、结构：场镜+视镜+分划板（刻度尺）
• 场镜： 面向物体的透镜（或透镜组）
• 视镜： 接近人眼的透镜（或透镜组）
• 分划板：包含透明刻度尺，用于提高测量精度。
《光学教程》姚启钧原著第四章光
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学仪器基本基本原理
未用放大镜的视角： y
P
U y 25
放大镜的放大本领：
25cm
O
2023年大学_光学教程第三版(姚启钧著)课后题答案下载
2023年光学教程第三版（姚启钧著）课后题答案下载2023年光学教程第三版（姚启钧著）课后题答案下载本教程以物理光学和应用光学为主体内容。
第1章到第3章为应用光学部分，介绍了几何光学基础知识和光在光学系统中的传播和成像特性，注意介绍了激光系统和红外系统;第4～8章为物理光学部分，讨论了光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性及光与物质的相互作用，并结合介绍了DWDM、双光子吸收、Raman放大、光学孤子等相关领域的应用和进展。
第9章则专门介绍航天光学遥感、自适应光学、红外与微光成像、瞬态光学、光学信息处理、微光学、单片光电集成等光学新技术。
光学教程第三版（姚启钧著）：内容简介绪论0.1 光学的研究内容和方法0.2 光学发展简史第1章光的干涉1.1 波动的独立性、叠加性和相干性1.2 由单色波叠加所形成的干涉图样1.3 分波面双光束干涉1.4 干涉条纹的可见度光波的时间相干性和空间相干性 1.5 菲涅耳公式1.6 分振幅薄膜干涉(一)——等倾干涉1.7 分振幅薄膜干涉(二)——等厚干涉视窗与链接昆虫翅膀上的彩色1.8 迈克耳孙干涉仪1.9 法布里一珀罗干涉仪多光束干涉1.10 光的干涉应用举例牛顿环视窗与链接增透膜与高反射膜附录1.1 振动叠加的三种计算方法附录1.2 简谐波的表达式复振幅附录1.3 菲涅耳公式的推导附录1.4 额外光程差附录1.5 有关法布里一珀罗干涉仪的(1-38)式的推导附录1.6 有同一相位差的多光束叠加习题第2章光的衍射2.1 惠更斯一菲涅耳原理2.2 菲涅耳半波带菲涅耳衍射视窗与链接透镜与波带片的比较2.3 夫琅禾费单缝衍射2.4 夫琅禾费圆孔衍射2.5 平面衍射光栅视窗与链接光碟是一种反射光栅2.6 晶体对X射线的'衍射视窗与链接与X射线衍射有关的诺贝尔奖附录2.1 夫琅禾费单缝衍射公式的推导附录2.2 夫琅禾费圆孔衍射公式的推导附录2.3 平面光栅衍射公式的推导习题第3章几何光学的基本原理3.1 几个基本概念和定律费马原理3.2 光在平面界面上的反射和折射光导纤维视窗与链接光导纤维及其应用3.3 光在球面上的反射和折射3.4 光连续在几个球面界面上的折射虚物的概念 3.5 薄透镜3.6 近轴物近轴光线成像的条件3.7 共轴理想光具组的基点和基面视窗与链接集成光学简介附录3.1 图3-6中P1和JP1点坐标的计算附录3.2 棱镜最小偏向角的计算附录3.3 近轴物在球面反射时物像之间光程的计算附录3.4 空气中的厚透镜物像公式的推导习题第4章光学仪器的基本原理4.1 人的眼睛4.2 助视仪器的放大本领4.3 目镜4.4 显微镜的放大本领4.5 望远镜的放大本领视窗与链接太空实验室——哈勃太空望远镜4.6 光阑光瞳4.7 光度学概要——光能量的传播视窗与链接三原色原理4.8 物镜的聚光本领视窗与链接数码相机4.9 像差概述视窗与链接现代投影装置4.10 助视仪器的像分辨本领视窗与链接扫描隧显微镜4.11 分光仪器的色分辨本领习题第5章光的偏振5.1 自然光与偏振光5.2 线偏振光与部分偏振光视窗与链接人造偏振片与立体电影 5.3 光通过单轴晶体时的双折射现象 5.4 光在晶体中的波面5.5 光在晶体中的传播方向5.6 偏振器件5.7 椭圆偏振光和圆偏振光5.8 偏振态的实验检验5.9 偏振光的干涉5.10 场致双折射现象及其应用视窗与链接液晶的电光效应及其应用5.11 旋光效应5.12 偏振态的矩阵表述琼斯矢量和琼斯矩阵附录5.1 从沃拉斯顿棱镜出射的两束线偏振光夹角公式(5-15)的推导习题第6章光的吸收、散射和色散6.1 电偶极辐射对反射和折射现象的解释6.2 光的吸收6.3 光的散射视窗与链接光的散射与环境污染监测6.4 光的色散6.5 色散的经典理论习题第7章光的量子性7.1 光速“米”的定义视窗与链接光频梳7.2 经典辐射定律7.3 普朗克辐射公式视窗与链接诺贝尔物理学奖7.4 光电效应7.5 爱因斯坦的量子解释视窗与链接双激光束光捕获7.6 康普顿效应7.7 德布罗意波7.8 波粒二象性附录7.1 从普朗克公式推导斯忒藩一玻耳兹曼定律附录7.2 从普朗克公式推导维恩位移定律习题第8章现代光学基础8.1 光与物质相互作用8.2 激光原理8.3 激光的特性8.4 激光器的种类视窗与链接激光产生106T强磁场8.5 非线性光学8.6 信息存储技术8.7 激光在生物学中的应用视窗与链接王淦昌与惯性的束核聚变习题主要参考书目基本物理常量表光学教程第三版（姚启钧著）：目录点击此处下载光学教程第三版（姚启钧著）课后题答案。
《光学教程》(姚启钧)课后习题解答
《光学教程》（姚启钧）习题解答 【2 】第一章光的干预1.波长为500nm 的绿光投射在间距d 为0.022cm 的双缝上,在距离180cm 处的光屏上形成干预条纹,求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为700nm 的红光投射到此双缝上,两个亮纹之间的距离为若干？算出这两种光第2级亮纹地位的距离. 解：1500nm λ=7011180500100.4090.022r y cm d λ-∆==⨯⨯= 改用2700nm λ=7022180700100.5730.022r y cm d λ-∆==⨯⨯= 两种光第二级亮纹地位的距离为：21220.328y y y cm ∆=∆-∆=2.在杨氏试验装配中,光源波长为640nm ,两狭缝间距为0.4mm ,光屏离狭缝的距离为50cm ,试求：⑴光屏上第1亮条纹和中心亮纹之间的距离;⑵若P 点离中心亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是若干？⑶求P 点的光强度和中心点的强度之比. 解：⑴7050640100.080.04r y cm d λ-∆==⨯⨯= ⑵由光程差公式210sin yr r d dr δθ=-== 0224y dr πππϕδλλ∆==⋅= ⑶中心点强度：204I A =P 点光强为：221cos4I A π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭012(1)0.8542I I =+=3.把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏试验的一束光路中,光屏上本来第5级亮条纹地点的地位变为中心亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为7610m -⨯ 解： 1.5n =,设玻璃片的厚度为d由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=-()15n d λ-=()7645561061061010.5d m cm n λ---==⨯⨯=⨯=⨯-4.波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上.经由过程个中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm 的光屏上形成干预图样,求干预条纹间距和条纹的可见度. 解： 7050500100.1250.02r y cm d λ-∆==⨯⨯= 由干预条纹可见度界说：12min2min1221Max Max A A I I V I I A A ⎛⎫ ⎪-⎝⎭==+⎛⎫+ ⎪⎝⎭由题意,设22122A A =,即12A A =0.94V == 5.波长为700nm 的光源与菲涅耳双镜的订交棱之间距离为20cm ,棱到光屏间的距离L 为180cm ,若所得干预条纹中相邻亮条纹的距离为1mm ,求双镜平面之间的夹角θ.解：700,20,180,1nm r cm L cm y mm λ===∆= 由菲涅耳双镜干预条纹间距公式()()()72sin 20180sin 700100.003522200.1r L y r r L r y λθθλ-+∆=++==⨯⨯=∆⨯⨯180sin 0.003560123.14θθ'≈=⨯⨯6.在题1.6 图所示的劳埃德镜试验中,光源S 到不雅察屏的距离为1.5m ,到劳埃德镜面的垂直距离为2mm .劳埃德镜长40cm ,置于光源和屏之间的中心.⑴若光波波长500nm λ=,问条纹间距是若干？⑵肯定屏上可以看见条纹的区域大小,此区域内共有几条条纹？（提醒：产生干预的区域P1P2可由图中的几何干系求得）解：由图示可知：7050050010,40.4, 1.5150nm cm d mm cm r m cm λ-==⨯====①70150500100.018750.190.4r y cm mm d λ-∆==⨯⨯== ②在不雅察屏上可以看见条纹的区域为P1P2间010.750.22 1.160.750.2P P mm -=⨯=+020.750.22 3.450.750.2P P mm +=⨯=-即21 3.45 1.16 2.29P P mm =-=,离屏中心1.16mm 上方的2.29mm 规模内可看见条纹.212.29120.19P P N y ===∆ 7.试求能产生红光（700nm λ=）的二级反射干预条纹的番笕膜厚度.已知番笕膜折射率为1.33,且平行光与法向成300角入射. 解：2700, 1.33nm n λ==由等倾干预的光程差公式：22λδ=222λλ=P 2 P 1 P 0题1.6图426d nm ==8.透镜表面平日镀一层如MgF2（ 1.38n =）一类的透明物资薄膜,目标是应用干预来降低玻璃表面的反射.为了使透镜在可见光谱的中间波长（550nm ）处产生微小的反射,则镀层必须有多厚？解： 1.38n =物资薄膜厚度使膜高低表面反射光产生干预相消,光在介质高低表面反射时均消失半波损掉.由光程差公式：122nh δλ==555099.611044 1.38h nm cm n λ-====⨯⨯9.在两块玻璃片之间一边放一条厚纸,另一边互相压紧,玻璃片l 长10cm ,纸厚为0.05mm ,从600的反射角进行不雅察,问在玻璃片单位长度内看到的干预条纹数量是若干？设单色光源波长为500nm解：02cos602o n h δ=+相邻亮条纹的高度差为：605005001012cos60212oh nm mm n λ-∆===⨯⨯⨯可看见总条纹数60.0510050010H N h -===∆⨯ 则在玻璃片单位长度内看到的干预条纹数量为：1001010N n l === 即每cm 内10条.10.在上题装配中,沿垂直于玻璃表面的倾向看去,看到相邻两条暗纹间距为1.4mm .已知玻璃片长17.9cm ,纸厚0.036mm ,求光波的波长.解：当光垂直入射时,等厚干预的光程差公式：22nh λδ=+可得：相邻亮纹所对应的厚度差：2h nλ∆=由几何干系：h H l l ∆=∆,即l h H l ∆∆= 40.1422210.00360.563110563.117.9l n h n H cm nm l λ-∆=∆==⨯⨯⨯=⨯=11.波长为400760nm 的可见光正射在一块厚度为61.210m -⨯,折射率为1.5的薄玻璃片上,试问从玻璃片反射的光中哪些波长的光最强. 解：61.210, 1.5h m n -=⨯=由光正入射的等倾干预光程差公式：22nh λδ=-使反射光最强的光波满：足22nh j λδλ=-=()4172002121nh nm j j λ==⨯++5,654.5j nm λ== 6,553.8j nm λ== 7,480.0j nm λ== 8,423.5j nm λ==12.迈克耳逊干预仪的反射镜M2移动0.25mm 时,看到条纹移过的数量为909个,设光为垂直入射,求所用光源的波长.解：光垂直入射情形下的等厚干预的光程差公式：22nh h δ== 移动一级厚度的转变量为：2h λ∆=60.25109092nmλ⨯=60.25102550.0909nm λ⨯⨯==13.迈克耳逊干预仪的平面镜的面积为244cm ⨯,不雅察到该镜上有20个条纹,当入射光的波长为589nm 时,两镜面之间的夹角为若干？解：由光垂直入射情形下的等厚干预的光程差公式： 22nh h δ== 相邻级亮条纹的高度差：2h λ∆=由1M 和2M '构成的空气尖劈的双方高度差为：2010H h λ∆=⨯∆=710589100.0001472530.3944H rad α-∆⨯⨯''====14.调节一台迈克耳逊干预仪,使其用波长为500nm 的扩大光源照明时会消失齐心圆环条纹.若要使圆环中间处接踵消失1000条圆环条纹,则必须将移动一臂多远的距离？若中间是亮的,试盘算第一暗环的角半径.（提醒：圆环是等倾干预图样,盘算第一暗环角半径时可应用21sin ,cos 12θθθθ≈≈-的关系.）解：500nm λ=消失齐心圆环条纹,即干预为等倾干预M 1M 21M2M '对中间 2h δ=72210001100050010 2.5100.252h h cm mmλ--∆=∆=⨯⨯⨯=⨯= 15.用单色光不雅察牛顿环,测得某一亮环的直径为3mm ,在它外边第5个亮环的直径为4.6mm ,所用平凸透镜的凸面曲率半径为1.03m ,求此单色光的波长. 解：由牛顿环的亮环的半径公式：r =()22132122j R r λ⎛⎫+== ⎪⎝⎭()2224.62(5)122j R r λ⎛⎫++== ⎪⎝⎭以上两式相减得：12.1654R λ=3312.160.590310590.345 1.0310mm nm λ-==⨯=⨯⨯⨯ 16.在反射光中不雅察某单色光所形成的牛顿环,其第2级亮环与第3级亮环间距为1mm ,求第19和20级亮环之间的距离.解：牛顿环的反射光中所见亮环的半径为：r =即：2r =3r =19r =20r =则：)2019320.160.40.4r r r r r mm ∆=-==-== 第2章光的衍射1.单色平面光照耀到一小圆孔上,将其波面分成半波带.求第k 个带的半径.若顶点到不雅察点的距离0r 为1m ,单色光波长为450nm ,求此时第一半波带的半径.解：由公式2011HR k r R λ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭对平面平行光照耀时,波面为平面,即：R →∞20H R kr λ=26301450101100.45H R kr λ-==⨯⨯⨯⨯=H R2.平行单色光从左向右垂直射到一个有圆形小孔的屏上,设此孔可以像拍照机光圈那样转变大小.问：⑴小孔半径应知足什么前提时,才能使得此小孔右侧轴线上距小孔中间4m 的P 点的光强分离得到极大值和微小值;⑵P 点最亮时,小孔直径应为多大？设此光的波长为500nm . 解：⑴04400r m cm ==H R ===当k 为奇数时,P 点为极大值 当C 数时,P 点为微小值⑵由()112P k A a a =±,k 为奇,取“+”;k 为偶,取“-” 当1k =,即仅露出一个半波带时,P 点最亮.10.141,(1)H R cm k ==,0.282D cm =3.波长为500nm 的单色点光源离光阑1m ,光阑上有一个表里半径分离为0.5mm 和1mm 的透光圆环,接收点P 离光阑1m ,求P 点的光强I 与没有光阑时的光强0I 之比.解：()123211900.50.510111115001011H H R mmR k r R λ--=⨯⎛⎫⎛⎫=+=+= ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭ ()223222901110111145001011H H R mmR k r R λ--=⨯⎛⎫⎛⎫=+=+= ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭ 即从透光圆环所透过的半波带为：2,3,4 设1234a a a a a ====234P A a a a a =-+=没有光阑时()111,2,01122P k k PA a a k a A a a '=±→∞→'== 光强之比：2204112I a I a ==⎛⎫ ⎪⎝⎭4.波长为632.8nm 的平行光射向直径为2.76mm 的圆孔,与孔相距1m 处放一屏,试问：⑴屏上正对圆孔中间的P 点是亮点照样暗点？⑵要使P 点变成与⑴相反的情形,至少要把屏分离向前或向后移动若干？ 解：由公式2011HR k r R λ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭对平面平行光照耀时,波面为平面,即：R →∞2290 2.7623632.8101H R k r λ-⎛⎫ ⎪⎝⎭===⨯⨯, 即P 点为亮点. 则 0113k r R ⎛⎫=⨯+⎪⎝⎭, 注：0,r R 取m 作单位 013k r = 向右移,使得2k =,031.5, 1.510.52r m r m '==∆=-= 向左移,使得4k =,030.75,10.750.254r m r m '==∆=-=5.一波带片由五个半波带构成.第一半波带为半径1r 的不透明圆盘,第二半波带是半径1r 和2r 的透明圆环,第三半波带是2r 至3r 的不透明圆环,第四半波带是3r 至4r 的透明圆环,第五半波带是4r 至无限大的不透明区域.已知1234:::r r r r =用波长500nm 的平行单色光照明,最亮的像点在距波带片1m 的轴上,试求：⑴1r ;⑵像点的光强;⑶光强极大值出如今哪些地位上. 解： 由1234:::r r r r =⑴片具有透镜成像的感化,2HkR f k λ'=波带2129111150010,0.07r m r r cmλλ-=⨯==⨯= ⑵2242,4A a a a I a =+==无光阑时,2201124I a a ⎛⎫== ⎪⎝⎭即：016I I =,0I 为入射光的强度. ⑶因为波带片还有11,35f f ''…等多个核心消失,即光强极大值在轴上11,35m m … 6.波长为λ的点光源经波带片成一个像点,该波带片有100个透明奇数半波带（1,3,5,…,199）.别的100个不透明偶数半波带.比较用波带片和换上同样焦距和口径的透镜时该像点的强度比0:I I . 解：由波带片成像时,像点的强度为：()2100I a =由透镜成像时,像点的强度为：()20200I a =即014I I = 7.平面光的波长为480nm ,垂直照耀到宽度为0.4mm 的狭缝上,会聚透镜的焦距为60cm .分离盘算当缝的双方到P 点的相位差为/2π和/6π时,P 点离核心的距离. 解：对沿θ倾向的衍射光,缝的双方光的光程差为：sin b δθ= 相位差为：22sin b ππϕδθλλ∆==对使2πϕ∆=的P 点2sin 2b ππϕθλ∆==sin 4bλθ=6148010tan sin 6000.18440.4y f f f mm b λθθ-⨯'''=⨯≈⨯==⨯=⨯对使6πϕ∆=的P`点2sin 6b ππϕθλ∆==sin 12bλθ=6148010tan sin 6000.0612120.4y f f f mm b λθθ-⨯'''=⨯⨯==⨯=⨯8.白光形成的单缝衍射图样中,个中某一波长的第三个次最大值与波长为600nm 的光波的第二个次最大值重合,求该光波的波长.解：对θ方位,600nm λ=的第二个次最大位1sin 22bλθθ⎛⎫≈=+ ⎪⎝⎭对 λ'的第三个次最大位1sin 32b λθθ'⎛⎫≈=+ ⎪⎝⎭即：5722b b λλ'⨯=⨯ 55600428.677nm λλ'==⨯=9.波长为546.1nm 的平行光垂直地射在1mm 宽的缝上,若将焦距为100cm 的透镜紧贴于缝的后面,并使光聚焦到屏上,问衍射图样的中心到⑴第一最小值;⑵第一最大值;⑶第三最小值的距离分离为若干？解：⑴第一最小值的方位角1θ为：1sin 1b θλ=⋅6111546.110tan sin 10000.551y f f f mm b λθθ-⨯'''=≈==⨯=⑵第一最大值的方位角1θ'为：11sin 12bλθ⎛⎫'=+ ⎪⎝⎭6111546.110tan sin 1.431000 1.430.781y f f f mm b λθθ-⨯''''''=≈=⨯=⨯⨯=⑶第3最小值的方位角3θ为：3sin 3bλθ=⋅6333546.110tan sin 310003 1.651y f f f mm b λθθ-⨯'''=≈=⨯=⨯⨯=10.钠光经由过程宽0.2mm 的狭缝后,投射到与缝相距300cm 的拍照底片上.所得的第一最小值与第二最小值间的距离为0.885cm ,问钠光的波长为若干？若改用X 射线（0.1nm λ=）做此试验,问底片上这两个最小值之间的距离是若干？解：单缝衍射名堂最小值地位对应的方位θ知足：sin ,1,2,3,....kk bλθ==±±±则 11sin 1bλθθ≈=⋅22sin 2bλθθ≈=⋅()21x L Lbλθθ∆=⋅-=40.28.85 5.9105903000b x mm nm L λ-=∆=⨯=⨯=740.110300 1.5100.02x L cm b λ--⨯'∆==⨯=⨯11.以纵坐标表示强度,横坐标表示屏上的地位,粗略地画出三缝的夫琅禾费衍射（包括缝与缝之间的干预）图样.设缝宽为b ,相邻缝间的距离为d ,3d b =.留意缺级问题.12.一束平行白光垂直入射在每毫米50条刻痕的光栅上,问第一级光谱的末尾和第二光谱的始端的衍射角θ之差为若干？（设可见光中最短的紫光波长为400nm ,最长的红光波长为760nm ） 解：每毫米50条刻痕的光栅,即10.0250d mm mm == 第一级光谱的末尾对应的衍射方位角1θ末为111sin 1sin d dθλλθθ=⋅≈=红末红末末第二级光谱的始端对应的衍射方位角2θ始为1sin 22sin d dθλλθθ=⋅≈=2始紫紫2始2始 ()()66321112240010760102100.02rad d θθθλλ---∆=-=-=⨯⨯-⨯=⨯红始末紫 13.用可见光（760400nm ）照耀光栅时,一级光谱和二级光谱是否重叠？二级和三级如何？若重叠,则重叠规模是若干？解：光谱线对应的方位角θ：sin kdλθθ≈=2140076021d dθθ=⨯>=⨯始末即第一级光谱与第二级光谱无重叠237601520400120023d d d dθθ=⨯=>=⨯=末始 即第二级光谱与第三级光谱有重叠 由2152015203,506.73nm nm d dλθλ==⨯==末 即第三级光谱的400506.7nm 的光谱与第二级光谱重叠.14.用波长为589nm 的单色光照耀一衍射光栅,其光谱的中心最大值和第二十级主最大值之间的衍射角为01510',求该光栅1cm 内的缝数是若干？ 解：第20级主最大值的衍射角由光栅方程决议20sin 20d θλ=2020sin 20dλθθ==15601020180603.14dλ⨯+=⨯ 解得20.4510d cm -=⨯1222/N cm d==条 15.用每毫米内有400条刻痕的平面透射光栅不雅察波长为589nm 的钠光谱.试问：⑴光垂直入射时,最多功效能不雅察到几级光谱？⑵光以030角入射时,最多能不雅察到几级光谱？ 解：61,58910400d mm mm λ-==⨯⑴光垂直入射时,由光栅方程：sin d j θλ=6111sin 4.24458910400j d θλ-==⨯=≈⨯即能看到4级光谱⑵光以30o角入射()sin sin 30o d j θλ+=()1sin sin 304162odj θλ⎛⎫=+=+= ⎪⎝⎭16.白光垂直照耀到一个每毫米250条刻痕的平面透射光栅上,试问在衍射角为030处会消失哪些波长的光？其色彩若何？ 解：1250d mm =在30o的衍射角倾向消失的光,应知足光栅方程：sin 30od j λ=11111sin 3020002502o d mm nm j j jλ==⨯⨯=⨯3,667j nm λ==4,500j nm λ== 5,400j nm λ==17.用波长为624nm 的单色光照耀一光栅,已知该光栅的缝宽b 为0.012mm ,不透明部分的宽度a 为0.029mm ,缝数N 为310条.求：⑴单缝衍射图样的中心角宽度;⑵单缝衍射图样中心宽度内能看到若干级光谱？⑶谱线的半宽度为若干？ 解：0.012,0.029b mm a mm ==0.041d a b mm =+= 1000N =⑴6062410220.1040.012rad b λθ-⨯∆==⨯= ⑵j 级光谱对应的衍射角θ为：11sin sin 1d j dθλλθθ==⨯112 3.43d k bθθ∆===→即在单缝图样中心宽度内能看到()2317⨯+=条（级）光谱 ⑶由多缝干预最小值地位决议公式：sin j Ndλθ'=⋅651262410 1.521010000.041rad Nd λθ--⨯∆===⨯⨯第3章几何光学的根本道理1.证实反射定律相符费马道理 证实：设A 点坐标为()10,y ,B 点坐标为()22,x y 入射点C 的坐标为(),0x 光程ACB为：∆=令2sin sin 0x x d i i dx -∆'==-=即：sin sin i i '=*2.依据费马道理可以导出近轴光线前提下,从物点发出并会聚到像点的所有光线的光程都相等.由此导出薄透镜的物像公式.3.眼睛E 和物体PQ 之间有一块折射率为1.5的玻璃平板（见题3.3图）,平板的厚度d 为30cm .求物体PQ 的像P`Q`与物体PQ 之间的距离2d 为若干？解：12sin sin i n i =由图：()121211tan tan sin sin 1sin BB d i d i d i i d i n ⎛⎫'=-≈-=-⎪⎝⎭1111130110tan sin 1.5BB BB CE d cm i i n ''⎛⎫⎛⎫=≈=-=-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭4.玻璃棱镜的折射角A 为060,对某一波长的光其折射率n 为1.6,盘算：⑴最小倾向角;⑵此时的入射角;⑶能使光线从A 角两侧透过棱镜的最小入射角. 解：⑴ 由()()()1212112211i i i i i i i i i i A θ'''''=-+-=+-+=+- 当11i i '=时倾向角为最小,即有221302o i i A '=== 12i A θ=-121sin sin 1.60.82i n i ==⨯= 15308o i '=25308604616o o o θ''=⨯-=⑵15308oi '=5.（略）6.高5cm 的物体距凹面镜顶点12cm ,凹面镜的焦距是10cm ,求像的地位及高度,（并作光路图） 解：由球面成像公式：112s s r+=' 代入数值1121220s +='-- 得：60s cm '=- 由公式：0y y s s '+='y s y s''=- 6052512s y y cm s '-'=-=-⨯=-- 7.一个5cm 高的物体放在球面镜前10cm 处成1cm 高的虚像.求⑴此镜的曲率半径;⑵此镜是凸面镜照样凹面镜？解：⑴5,10y cm s cm ==-1y cm '=, 虚像0s '>由y s y s''=- 1510s '=-- 得：2s cm '=⑵由公式112s s r+=' 112210r+=- 5r cm =（为凸面镜）8.某不雅察者经由过程一块薄玻璃板去看在凸面镜中他本身的像.他移动着玻璃板,使得在玻璃板中与在凸面镜中所看到的他眼睛的像重合在一路.若凸面镜的焦距为10cm ,眼睛距凸面镜顶点的距离为40cm ,问玻璃板距不雅察者眼睛的距离为若干？ 解：由题意,凸面镜焦距为10cm ,即10r = 112s s r +=' 11140108s s cm+='-'= 48PP cm '=玻璃板距不雅察者眼睛的距离为1242d PP cm '== 9.物体位于凹面镜轴线上核心之外,在核心与凹面镜之间放一个与轴线垂直的两表面互相平行的玻璃板,其厚度为1d ,折射率为n .试证实：放入该玻璃板后使像移动的距离与把凹面镜向物体移动()11/d n n -的一段距离的后果雷同.证实：设物点P 不动,由成像公式112s s r+=' ()2rss s r '=-由题3可知：11110PP d d n ⎛⎫==-> ⎪⎝⎭入射到镜面上的光线可视为从1P 发出的,即参加玻璃板后的物距为s d +1112s s d r +='+ ()()12r s d s s d r+'=+-反射光线经玻璃板后也要平移d ,所成像的像距为11s s d '''=-放入玻璃板后像移量为：()()()1122r s d rss s s d s d r s r +''''∆=-=--+-- 凹面镜向物移动d 之后,物距为s d + （0,0s d <>）2112s s d r +='+ ()()22r s d s s d r+'=+-2s '相对o 点距离()()222r s d s s d d s d r+'''=-=-+-()()()2222r s d rss s s d s d r s r +''''∆=-=--+-- 10.欲使由无限远发出的近轴光线经由过程透明球体并成像在右半球面的顶点处,问这透明球体的折射率应为若干？解：,1,2s n s r '=-∞==由球面折射成像公式：n n n ns s r''--='2n n nr r''-=解得： 2n '=11.有一折射率为1.5.半径为4cm 的玻璃球,物体在距球表面6cm 处,求：⑴物所成的像到球心之间的距离;⑵像的横向放大率. 解：⑴P 由球面1o 成像为P ',n n n ns s r''--=' 1.51 1.5164s --='- 36s cm '=-P '由2o 球面成像P ''236844s cm =--=-21 1.51 1.5444s --='-- 211s cm '=,P ''在2o 的右侧,离球心的距离11415cm += ⑵球面1o 成像1111y s y s n β''==⋅ （应用P194：y s n y s n ''=⋅'） 球面2o 成像222121y s n y s β''==⋅' 121223611 1.5644s s s s βββ''-==⋅=⋅=---12.一个折射率为1.53.直径为20cm 的玻璃球内有两个吝啬泡.看上去一个正好在球心,另一个从比来的倾向看去,似乎在表面与球心连线的中点,求两气泡的现实地位. 解：设气泡1P 经球面1o 成像于球心,由球面折射成像公式：n n ns s r'--=' 11 1.531 1.531010s --=-- 110s cm =-, 即气泡1P 就在球心处另一个气泡2P21 1.531 1.53510s --=-- 2 6.05s cm =-, 即气泡2P 离球心10 6.05 3.95cm -=13.直径为1m 的球形鱼缸的中间处有一条小鱼,若玻璃缸壁的影响可疏忽不计,求缸外不雅察者所看到的小鱼的表不雅地位和横向放大率. 解：由球面折射成像公式：n n n ns s r''--=' 1 1.331 1.335050s --='-- 解得 50s cm '=-,在原处50 1.331.33501s n s n β'-=⋅=⨯='- 14.玻璃棒一端成半球形,其曲率半径为2cm .将它程度地浸入折射率为1.33的水中,沿着棒的轴线离球面顶点8cm 处的水中有一物体,应用盘算和作图法求像的地位及横向放大率,并作光路图. 解：由球面折射成像公式：s s r-=' 1.5 1.33 1.5 1.3382s --='- 18.5s cm '=-18.5 1.332.058 1.5s n s n β'-=⋅=⨯='- 15.有两块玻璃薄透镜的两表面均各为凸球面及凹球面,其曲率半径为10cm .一物点在主轴上距镜20cm 处,若物和镜均浸入水中,分离用作图法和盘算法求像点的地位.设玻璃的折射率为1.5,水的折射率为1.33. 解：由薄透镜的物像公式：211212n n n n n ns s r r ---=+' 对两表面均为凸球面的薄透镜：1.33 1.33 1.5 1.33 1.33 1.5201010s ---=+'-- 40.9s cm '=-对两表面均为凹球面的薄透镜：1.33 1.33 1.5 1.33 1.33 1.5201010s ---=+'-- 13.2s cm '=-16.一凸透镜在空气的焦距为40cm ,在水中时焦距为136.8cm ,问此透镜的折射率为若干（水的折射率为1.33）？若将此透镜置于CS2中（CS2的折射率为1.62）,其焦距又为若干？ 解：⑴ 薄透镜的像方焦距：21212n f n n n n r r '=⎛⎫--+ ⎪⎝⎭12n n = 时,()111211n f n n r r '=⎛⎫-- ⎪⎝⎭在空气中：()1121111f n r r '=⎛⎫-- ⎪⎝⎭在水中：()2121.33111.33f n r r '=⎛⎫-- ⎪⎝⎭两式比拟：()()12 1.33401.331136.8n f f n -'=='- 解得 1.54n = ⑵12 1.62n n ==1112111n f n n r r '=⋅-⎛⎫- ⎪⎝⎭而：()11211111f n r r '-=⎛⎫- ⎪⎝⎭则：()1.6240 1.541437.41.54 1.62f cm '=⨯⨯-=--第4章 光学仪器的根本道理1.眼睛的结构简略地可用一折射球面来表示,其曲率半径为5.55mm ,内部为折射率等于4/3的液体,外部是空气,其折射率近似地等于 1.试盘算眼球的两个焦距.用肉眼不雅察月球时月球对眼的张角为01,问视网膜上月球的像有多大？ 解：由球面折射成像公式：n n n n s s r''--='令43,5.55 2.22413n s f r cm n n ''=-∞=⋅=⨯='--令1,5.5516.7413n s f r cm n n '=∞=-⋅=-⨯=-'--2 5.550.190.019180y mm cm π'=⨯⨯==2.把人眼的晶状体算作距视网膜2cm 的一个简略透镜.有人能看清距离在100cm 到300cm 间的物体.试问：⑴此人看远点和近点时,眼睛透镜的焦距是若干？⑵为看清25cm 远的物体,需配戴如何的眼镜？解：⑴对于远点：11300,2s cm s cm '=-= 由透镜成像公式：111111s s f -='' 1111123001.987f f cm-='-'= 对于近点：2211121001.961f f cm-='-'= ⑵对于25cm1112251.852f f cm-='-'= 由两光具组互相接触0d =组合整体：21111111.852 1.961f f f f =+''''=+''y '110.030cm f -=''（近视度：300o ） 3.一拍照机瞄准远物时,底片距物镜18cm ,当镜头拉至最大长度时,底片与物镜相距20cm ,求目标物在镜前的比来距离？解：由题意：拍照机瞄准远物时,底片距物镜18cm ,18f cm '=由透镜成像公式：111s s f -=''1112018180s s cm-==- 4.两星所成的视角为4',用千里镜物镜拍照,所得两像点相距1mm ,问千里镜物镜的焦距是若干？ 解： 3.14118060rad '=⨯3.1444118060859.585.95f f mmf mm cm '''⨯=⨯⨯=⨯'== 5.一显微镜具有三个物镜和两个目镜.三个物镜的焦距分离为16mm .4mm 和1.9mm ,两个目镜的放大本领分离为5和10倍.设三个物镜造成的像都能落在像距为160cm 处,问这显微镜的最大和最小的放大本领各为若干？ 解：由显微镜的放大本领公式：12125l cm l M M f f f =-⋅=-⋅'''目 其最大放大本领：1160108421.9Max l mmM M f mm=-⋅=-⨯='目 其最小放大本领：min 116055016l mm M M f mm=-⋅=-⨯=-'目6.一显微镜物镜焦距为0.5cm ,目镜焦距为2cm ,两镜间距为22cm .不雅察者看到的像在无限远处.试求物体到物镜的距离和显微镜的放大本领. 解：由透镜物像公式：111s s f -=''111200.5s -=解得：0.51s cm =- 显微镜的放大本领：1212252522255500.52s l M f f f f '=-⋅≈-⋅=-⨯=-'''' 7.（略）8.已知千里镜物镜的边缘即为有用光阑,试盘算并作图求入光瞳和出射光瞳的地位. 9. 10.*13.焦距为20cm 的薄透镜,放在发光强度为15cd 的点光源之前30cm 处,在透镜后面80cm 处放一屏,在屏上得到通亮的圆斑.求不计透镜中光的接收时,圆斑的中间照度. 解：1113020s -='- 60s cm '=230Sd Id Iφ=Ω= （S 为透镜的面积） P 点的像点P '的发光强度I '为： 2230460S Id I I S d φ'==='Ω22cos 415000.2I I E lx R α'=== 14.一长为5mm 的线状物体放在一拍照机镜头前50cm 处,在底片上形成的像长为1mm .若底片后移1cm ,则像的弥散斑宽度为1mm .试求拍照机镜头的F 数. 解：由y s y s''= 1550s '= 得10s cm '= 由透镜物像公式：111s s f -=''1111050f -='- 506f '=由图可见,100.11d =1d cm = F 数：508.336f d '== 15.某种玻璃在接近钠光的黄色双谱线（其波长分离为589nm 和589.6nm ）邻近的色散率/dn d λ为1360cm --,求由此种玻璃制成的能分辩钠光双谱线的三棱镜,底边宽度应小于若干？解：由色分辩本领：dnP d λδλλ==∆ 589.3nm λ=0.6nm λ∆=mm360dnd λ=- 2.7cm dn d λλδλ∆≥=16.设计一块光栅,请求⑴使波长600nm 的第二级谱线的衍射角小于030,并能分辩其0.02nm 的波长差;⑵色散尽可能大;⑶第三级谱线缺级.求出其缝宽.缝数.光栅常数和总宽度.用这块光栅总共能看到600nm 的几条谱线？ 解：由sin d j θλ=326002400 2.410sin 30onmd nm mm -⨯≥==⨯ 由第三级缺级313,0.8103d b d mm b-===⨯由 P jN λλ==∆ 60020.0215000NN == 光栅的总宽度：315000 2.41036L Nd mm -==⨯⨯=由sin 9024004600od j λ=== 能看到0,1,2±±,共5条谱线17.若请求显微镜能分辩相距0.000375mm 的两点,用波长为550nm 的可见光照明.试求：⑴此显微镜物镜的数值孔径;⑵若请求此两点放大后的视角为2',则显微镜的放大本领是若干？解：⑴由显微镜物镜的分辩极限界说0.610sin y n uλ∆=655010sin 06100.8950.000375n u -⨯=⨯=⑵ 3.1418060387.70.000375250M ⨯==18.夜间自远处驶来汽车的两前灯相距1.5m .如将眼睛的瞳孔算作产生衍射的圆孔,试估量目力正常的人在多远处才能分辩出光源是两个灯.设眼睛瞳孔的直径为3mm ,设光源发出的光的波长λ为550nm . 解： 1.5U L=当0.610U Rλθ==才能分辩出1.50.610L Rλ= 61.5550100.610 1.5m mmLm mm-⨯=⨯ 6706 6.7L m km ==19.用孔径分离为20cm 和160cm 的两种千里镜可否分辩清月球上直径为500m 的环形山？（月球与地面的距离为地球半径的60倍,面地球半径约为6370km .）设光源发出的光的波长λ为550nm .解：635001.31060637010U rad -==⨯⨯⨯ 孔径20cm 千里镜：661550101.22 1.22 3.35510200rad D λθ--⨯'==⨯=⨯孔径160cm 千里镜：661550101.22 1.220.419101600rad D λθ--⨯''==⨯=⨯1U θ'<,即用孔径20cm 千里镜不能分辩清 1U θ''>,即用孔径160cm 千里镜能分辩清20.电子显微镜的孔径角028u =,电子束的波长为0.1nm ,试求它的最小分辩距离.若人眼能分辩在明视距离处相距26.710mm -⨯的两点,则此显微镜的放大倍数是若干？解： 3.144sin sin 4180on u u u ⨯====660.610.1100.87100.873.144180y mm nm --⨯⨯∆==⨯=⨯2466.7107.7100.8710mm mmβ--⨯==⨯⨯ 第五章光的偏振1.试肯定下面两列光波()10cos cos 2x y E A e t kz e t kz πωω⎡⎤⎛⎫=-+-- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()20sin sin 2x y E A e t kz e t kz πωω⎡⎤⎛⎫=-+-- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦的偏振态.解：①()10cos cos 2x y E A e t kz e t kz πωω⎡⎤⎛⎫=-+--⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()10cos x E A t kz ω=-()100cos sin 2y E A t kz A t kz πωω⎛⎫=--=- ⎪⎝⎭有：222110x y E E A +=剖析()(),0000,2x y x y E A t kz A E E t kz A E Aωπω=⎧⎪-=⎨=⎪⎩=⎧⎪-=⎨=⎪⎩为（左旋）圆偏振光②()20sin sin 2x y E A e t kz e t kz πωω⎡⎤⎛⎫=-+--⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()20sin x E A t kz ω=-()200sin cos 2y E A t kz A t kz πωω⎛⎫=--=-- ⎪⎝⎭有：222110x y E E A +=剖析()()0,,002x y x y E t kz A E A E A t kz A E ωπω=⎧⎪-=-⎨=-⎪⎩=⎧⎪-=⎨=⎪⎩为（左旋）圆偏振光2.为了比较两个被天然光照耀的表面的亮度,对个中一个表面直接进行不雅察,另一个表面经由过程两块偏振片来不雅察.两偏振片的透振倾向的夹角为060.若不雅察到两表面的亮度雷同.则两表面现实的亮度比是若干？已知光经由过程每一块偏振片后损掉入射光能量的0010.解：因为被光照耀的表面的亮度与其反射的光的光强成正比.设直接不雅察的表面临应的光强为1o I ,经由过程两偏振片不雅察的表面的光强为2o I 经由过程第一块偏振片的光强为：1210.92o I I =⨯ 经由过程第二块偏振片的光强为：22122110.9cos 600.90.90.124o o I I I I ==⨯⨯⨯⨯=由1220.1o o I I I == 则：120.1ooI I = 3.两个尼科耳N1和N2的夹角为060,在它们之间放置另一个尼科耳N3,让平行的天然光经由过程这个体系.假设各尼科耳对异常光均无接收,试问N3和N1的透振倾向的夹角为何值时,经由过程体系的光强最大？设入射光强为0I ,求此时所能经由过程的最大光强. 解：1012I I =223101cos cos 2I I I αα==()()2222301cos 60cos cos 602o I I I ααα=-=⋅-令：20dId α=得：()tan tan 60αα=-30o α= ()222220019cos 30cos 6030232I I I =⋅-= 4.在两个公理的幻想偏听偏振片之间有一个偏振片以匀角速度ω绕光的传播倾向扭转（见题5.4图）,若入射的天然光强为0I ,试证实透射光强为()011cos 416I I t ω=- 证实：1012I I =21cos I I t ω'=1N 2N3N60oα1N2NNt ω()()22222000cos 90sin 111cos sin sin 21cos 42816I I t I tI t t I t I t ωωωωωω''=-=⋅=⋅==- 5.线偏振光入射到折射率为1.732的玻璃片上,入射角是060,入射光的电矢量与入射面成030角.求由分界面上反射的光强占入射光强的百分比. 解：设入射线偏振光振幅为A ,则入射光强为20I A = 入射光平行分量为：1cos 30oP A A = 入射光垂直分量为：1sin 30oS A A =由：21sin603sin i =得：230oi =由：()()()()121112tan 6030tan 0tan tan 6030oPo P i i A A i i --'===++ ()()()()121112sin 6030sin 1sin 2sin 6030o S o S i i A A i i --'=-=-=-++ 111124S S A A A '== 014I I '=6.一线偏振光垂直入射到一方解石晶体上,它的振动面和主截面成030角.两束折射光经由过程在方解石后面的一个尼科耳棱镜,其主截面与入射光的振动倾向成050角.盘算两束透射光的相对强度. 解：601sin 302o o A A A ==cos30o e A A A ==当光振动面与N 主截面在晶体主截面同侧：02cos80cos802o e e A A A ==21sin80sin802o o o o A A A ==22222222sin 8010.723cos 80oe e o o o I A I A ===⋅ 当光振动面与N 主截面在晶体主截面两侧：02cos 20cos 20o e e A A A ==21cos70sin 202o o o o A A A ==22222222sin 200.0443cos 20oe e o o o I A I A ===⋅7.线偏振光垂直入射到一块光轴平行于表面的方解石波片上,光的振动面和波片的主截面成030角.求：⑴透射出来的平常光和异常光的相对强度为若干？⑵用钠光入时如要产生090的相位差,波片的厚度应为若干？（589nm λ=）解：⑴1sin 302oo A A A ==214o I A =cos302o e A A A ==234e I A = 13o e I I = ⑵ 方解石对钠光 1.658 1.486o e n n ==由()2o e n n d πϕλ∆=-()22o e n n d ππλ-=()58.7104o e d cm n n λ-==⨯-8.有一块平行石英片是沿平行于光轴倾向切成一块黄光的14波片,问这块石英片应切成多厚？石英的01.552, 1.543,589e n n nm λ===. 解：()2o e n n d πϕλ∆=-()()2212o e n n d k ππλ-=⋅+()()()321211.64104o e k d k cm n n λ-+==+⨯-9.⑴线偏振光垂直入射到一个表面和光轴平行的波片,透射出来后,本来在波片中的平常光及异常光产生了大小为π的相位差,问波片的厚度为若干？0 1.5442, 1.5533,500e n n nm λ===⑵问这块波片应如何放置才能使透射出来的光是线偏振光,并且它的振动面和入射光的振动面成090的角？ 解：⑴()()221o e n n d k πϕπλ∆=-=+()()()321212.75102o e k d k cm n n λ-+==+⨯-⑵振动倾向与晶体主截面成45o角10.线偏振光垂直入射到一块表面平行于光轴的双折射波片,光振动面和波片光轴成025角,问波片中的平常光和异常光透射出来后的相对强度若何？ 解：cos 25o e A A = sin 25o o A A =222tan 250.22o o e e oI A I A ===11.在两正交尼科耳棱镜N1和N2之间垂直插入一块波片,发明N2后面有光射出,但当N2绕入射光向顺时针转事后020, N2的视场全暗,此时,把波片也绕入射光顺时针转过020,N2的视场又亮了,问：⑴这是什么性质的波片;⑵N2要转过多大角度才能使N2的视场以变为全暗. 解：⑴由题意,当2N 绕入射光向顺时针迁移转变20o 后,2N 后的视场全暗,解释A '与1N 夹角为20o.只有当波片为半波片时,才能使入射线偏振光出射后仍为线偏振光.⑵把波片也绕入射光顺时针转过020,2N 要转过040才能使2N 后的视场又变为全暗 12.一束圆偏振光,⑴垂直入射1/4波片上,求透射光的偏振状况;⑵垂直入射到1/8波片上,求透射光的偏振状况.解：在xy 平面上,圆偏振光的电矢量为：()()cos sin x y E A t kz e A t kz e ωω=-±- +为左旋;-为右旋圆偏振光设在波片入射表面上为()cos x E A t kz ω=-()sin y E A t kz ω=- ⑴波片为14波片时,2πϕ∆= ()cos xo E A t kz ω=-()sin cos 2yo E A t kz A t kz πωω⎛⎫=-+=- ⎪⎝⎭ 即透射光为振动倾向与晶片主截面成45o 角的线偏振光 ⑵波片为18波片时,4πϕ∆= ()cos xo E A t kz ω=-sin 4yo E A t kz πω⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭ 即透射光为椭圆偏振光.13.试证实一束左旋圆偏振光和一束右旋圆偏振光,当它们的振幅相等时,合成的光是线偏振光. 解：左旋圆偏振光()()1cos sin x y E A t kz e A t kz e ωω=-+-右旋圆偏振光()()2cos sin x y E A t kz e A t kz e ωω=---()122cos x E E E A t kz e ω=+=-即E 为线偏振光14.设一方解石波片沿平行光轴倾向切出,其厚度为0.0343mm ,放在两个正交的尼科耳棱镜间,平行光束经由第一尼科耳棱镜后,垂直地射到波片上,对于钠光（589.3nm ）而言,晶体的折射率为1.658, 1.486o e n n ==.问经由过程第二尼科耳棱镜后,光束产生的干预是增强照样削弱？假如两。
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2
第一章 光的干涉
1 . 波长为 500nm 的绿光投射在间距 d 为 0.022cm 的双缝上，在距离 180cm 处的光屏
上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离 .若改用波长为 700nm 的红光投射到此双缝上 , 两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第 2 级亮纹位置的距离.
解：由条纹间距公式
3
2 2 (r2 r1 ) 0.8 10 5 5 6.4 10 4
2 得
(3) 由公式
2 I A12 A2 2 A1 A2 cos 4 A12 cos 2
1 cos 2 2 2 4 cos 2 2 2 0 I 0 A0 8 cos 0 4 A12 cos 2 2 1 cos 4 2 2 0.8536 2 4
上,试问从玻璃片反射的光中哪些波长的光最强. 解：依题意，反射光最强1)
4n 2 d 2 j 1
2
故
当 j 0 时， 4n 2 d 4 1.5 1.2 10
3
7200nm
当 j 1 时，
d r0 r 2(1500 400) 3800 3.455mm 2 r0 r 1500 400 1100
5
1 1 d (r0 r ) y1 (r0 r ) tan 1 (r0 r ) 1 2 2 (r0 r ) 2 (r0 r ) 2 2(1500 400) 1.16mm 1500 400
S 4 4cm 2
8
所以
L 4cm 40mm
L
所以
L 40 2mm N 20 2
光学教程第四版 姚启钧著 讲义第一章.1
1m 10dm 102 cm 103 mm 104 dmm 105 cmm 10 m 10 nm 10 A
6 9 10
7
四、光强：
1 2 2 2 I A I A A 2
2
1）光强度、光照度、平均能流密度
31
二、获得稳定干涉图样的条件 典型的干涉实验
1. 获得稳定干涉 图样的条件 ： 从同一批原子发射出来经过不同光程的两列光波。
22
（3）一般情况： 旋转 r2r21r1 常量 ， r 常量 ，干涉花样为双叶螺旋双 曲面 干涉花样为双叶螺旋双 曲面
23
2.干涉条纹 的计算：
令：1 s2 d , N为s1 s2的中点， 0 r0 s NP 作：s1 s2 p , s1 s1 s2 s1
' '
在近轴和远场近似条件 即r>>d 和 r>> 情况下：
2 2 2 2 2
A1sin1 A2sin 2 Asin (2)
(2) /(1) :
A1sin1 A2sin 2 tg A1 cos 1 A2 cos 2
cos cos cos sin sin
12
IA
2 2
A dt A
E1 A1 cost 1 A1 cos t cos 1 A1 sin t sin 1
E E1 E2
令：A1 cos 1 A2 cos 2 A cos (1)
cos t A cos t sin A sin sin 则：E A cos cos sin cos cost 11
教材：光学教程姚启钧著教学大纲《光学》
《光学》教学大纲一、教学目的和要求：通过使用《光学教程》教材对学生的教学，使学生重点掌握光通过光具组后成象的条件及象位、象的放大或缩小、象的虚实的确定方法；光的干涉的分类、等倾干涉、等厚干涉的概念与应用；光的衍射分类、菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的概念与应用；光的偏振与自然光、平面偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的产生、检定与应用；放大镜、显微镜、望远镜、照相机的原理与使用，助视仪器的放大本领、分辨本领。
介绍全息照相和光的波粒二象性，使学生对光的传播规律，光与物质相互作用时出现的现象和光的本性有一个深刻的认识。
二、参考教材《光学教程》姚启钧著学时数：72三、适用专业：本科物理学四、制订人：金刚五、课时分配：第一章光的干涉（12课时）第二章光的衍射（12课时）第三章几何光学的基本原理（12课时）第四章光学仪器的基本原理（10课时）第五章光的偏振（12课时）第七章光的吸收、散射和色散(2课时）第八章光的量子性（6课时）第九章现代光学基础（2课时）六、各章教学要求：第一章光的干涉（12课时）1）着重阐明光的相干条件和掌握光程的概念，分析双光束干涉时，应着重分析光强分布的特征。
2）着重阐明等倾干涉和等厚干涉的基本概念及其应用，额外程差只讲授形成条件。
3）介绍迈克耳逊干涉仪和法布里---珀罗干涉仪的原理及其应用。
4）扼要介绍薄膜光学内容。
5）讨论时间相干性和空间相干性的概念。
6）介绍菲涅耳公式。
第二章光的衍射（12课时）1）用惠更斯---菲涅耳原理解释光的衍射现象，讲授菲涅耳积分式意义。
2）介绍菲涅耳衍射，着重介绍菲涅耳圆孔衍射，并介绍环状波带片，圆屏衍射。
3）着重阐明夫琅和费单缝衍射和衍射光栅，并推导夫琅和费单缝衍射光强公式，介绍反射光栅。
4）着重阐明光栅方程式导出及其意义。
5）介绍夫琅和费圆孔衍射，并说明第一最小值的角半径的重要性。
第三章几何光学的基本原理（12课时）1）介绍费马原理，并由费马原理导出光的折射定律。
《光学教程》(姚启钧)第五章 光的偏振
自然光
线偏振光
. . . .
起偏器 检偏器
.
光强变化！
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
线偏振光
. . . .
起偏器 检偏器
.
光强变化！
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
线偏振光
. . . .
起偏器
两偏振片的偏振化方向相互垂 直时光强为零！
.
检偏器
光强变化！
例题
光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3后光强为I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
光的偏振
1 光的偏振性 绳波： 弹簧波:
v
声波：
v
按振动行为划分有横波和纵波两种方式
横波
纵波
横波----振动方向垂直于传播方向；如水波。有偏振性 纵波----振动方向平行于传播方向；如声波。无偏振性
Maxwell电磁波理论和实验表明，光波是横波。
电 磁 波 的 振 动 方 式 光除了有干涉和衍射现象外还有偏振现象 在干涉和衍射里，光波的振动是以标量形式来处理的，
1.0 ip tg 33.7 0. 1.5
1
.... ip ..
因此反射光中只有s分量.
透射光为部分偏振光.
.. .. i .. ..
p
反射起偏和透射起偏:
自然光以布儒斯特角入射到玻璃片堆(由二十多个玻璃 片组成)上,反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光.透射 光偏振度非常高,也可视为线偏振光,振动面平行于入射面.
u
E
左图中线段表示光振动平行于图面的线偏振 光, 点表示光振动垂直于图面.画出相同的点和线 段表示自然光,用来表示各个方向光振动几率相同.
《光学教程》姚启钧原著
一、近轴物在近轴光线条件下球面反射的成像公式
Q A Q ' s s ' y 2 y '2 h (y y ') h 2(1 1 2 ) 2 s2 s ' ss ' 2ss ' r
--条件：
(1) 光线必须是近轴的；
(2) 物点必须是近轴的。
’
-ii’
h ’
65
二、近轴物在近轴光线条件下球面折射的物像公式
像空间（像方）： 像所在的空间。
I
II像和虚像
24
第三章
3.2 光在平面界面上的反射 和折射
25
一 、光在平面反射
（一）、理想光学系统 1、使单心光束保持其单心性不变的光学系统。 2、理想光学系统是成像的必要条件。
（二）、光的平面反射成像
PN=P’N
平面镜是不改变单心性的理想光学系统 26
f n f ' n'
f, f ’ 符号相反，大小不等
n' n n'n s' s r
和
f
nr nn'
f ' n' r n ' n
Gauss成像公式: f ' f 1
s' s
58
P
F
-f -x
-s
O n n’
F’
f’ s’
P’
x’
-s = -x-f s’ = x’+f’
xx' ff '
Newton成像公式59
旋转椭球凹面镜， 自其一个焦点发出， 经镜面反射后到达 另一焦点的光线等 光程。
P A iA iP '常 数
15
《光学教程》第五版姚启钧第三章光
I
K级亮纹位置
条纹宽度
当k级亮纹与当k+1级亮纹连起来时，见不到条纹
相干长度—
相干长度
两列波能发生干涉的最大波程差叫相干长度。
S
S1
S2
c1
c2
b1
b2
a1
a2
·
P
S1
S2
S
c1
c2
b1
b2
a1
a2
P
·
波列长度就是相干长度
只有同一波列分成的 两部分，经过不同的路 程再相遇时，才能 发生干涉。
1
解：
2
I=I1+I2
3
由光强公式
4
总光强为： 由于1 和2的频率不同，它们之间不相干。
3.5菲涅耳公式
n1
n2
i1
i’1
i2
Ap1
Ap2
A’p1
As1
A’s1
As2
图中s,p的方向为规定的正方向
S,p,和光线传播方向构成右螺旋
3.5 菲涅耳公式
n1
n2
i1
i’1
i2
Ap1
Ap2
光波
能流密度:是指在单位时间内通过与波的传播方向垂直的 单位面积的能量。
01
光强度I（平均能流密度）正比于电场强度振幅A 的平方。
02
通常:
03
3.光 强
3.2 波动的叠加性和相干条件
波
球面波（点光源） 柱面波（柱形光源） 平面波（光源在无穷远或经过透镜)
平面波公式：
光矢量
O 点的振动:
o
s
n
r
k
r
k
l
《光学教程》第五版 姚启钧 第一章 几何光学
A
三. 应用举例
由费马原理可以直接推出直线传播定律以及反射和折射定律。
• 最小光程 • 恒定值 • 最大光程
反射定律
A
B
最小值 C C′
恒定值
AB 最大值
1.3 棱镜和最小偏向角 全内反射和光学纤维
一. 棱镜
定义
棱镜角
A
折射面
主截面 三角棱镜: 主截面是三角形的棱镜
棱镜的作用：1)使光路发生转向：全反射棱镜、正四面体直角棱镜 2)色散n=n()，形成光谱。
x f'
β的讨论：
n'
f'
x' P’
i’ F•' p'
•
-y’
β >0,正立象 β <0, 倒立象
|β| >1, 放大 |β| <1, 缩小
2. 角放大率
p.27 fig1-26
tan u' u'
tan u u h (u)( p) u' p'
3. 亥姆霍兹-拉格朗日定理
理想近轴成像
u p
n' r n'n nr n'n 1
p'
p
2. 牛顿公式
f ' f 1 p' p
（3）
焦物距x：物方焦点到物点的距离。 焦象距x'：象方焦点到象点的距离。
n
-x -f
• P
F•
-p
n'
f'
x'
P′
F'•
•
p'
f ' n'r n'n
f nr n'n
《光学教程》姚启钧原著_第六章
Iy Ix p , 退偏振度： 1 p Ix Iy
15
五、散射光的强度
• 散射光的强度
I Z I C cos , I y I 0 , I I 0 (1 cos )
dI l a dx，I a 0dx 4.答：朗伯定律和比尔定律的数学表达式分 I 别为： I ACl ， I ＝ I e I＝I 0 e a 0 • 和 。 I0
I
0 a
5.答：（1）线度小于光的波长的微粒对入 射光的散射现象通常称为瑞利散射。 （2） 瑞利定律表述为：散射光强度与波长的四 次方成反比，即： • I = f () - 4 。 6.答：因为光的散射。
• 2.分类： •①
• ②按不均匀团块性质
瑞利散射：线度 / 10 线性 米氏散射：线度 线度 自发拉曼散射 拉曼散射 受激拉曼散射 非线性 布里渊散射
廷 延德尔系散射：胶体， 乳胶液，含有烟雾灰尘 乳胶液，含有烟雾灰尘 的大气等 的大气等 延德尔系散射：胶体， 延德尔系散射：胶体， 乳胶液，含有烟雾灰尘 延德尔系散射：胶体， 乳胶液，含有烟雾灰尘 的大气等 分子散射：由于分子热 运动造成局部涨落引起 运动造成局部涨落引起 的的 分子散射：由于分子热 分子散射：由于分子热 运动造成局部涨落引起 分子散射：由于分子热 运动造成局部涨落引起 的
13
三、瑞利散射
•
1. 瑞利散射： l < 的微粒对入射光的散射现象。 2. 瑞利定律：散射光强度与波长的四次方成反比， 即： I=f () -4 f ()——光源中强度按波长的分布函数 3.应用：红光散射弱、穿透力强（信号旗、信号灯） →红外线（遥感等）
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x
y(
n12 n22
1)tg3i1
3
y
yn2 n1
1(nn12)2tag2i1
2
·0
28
二 、光束单心性的破坏
例：一束汇聚光束的顶点为P，若在其汇聚前先 通过一块与光轴垂直的平行玻璃板（厚度为d， 折射率为n），问汇聚点向哪个方向移动？移 动多少？
pp ' d(1 1) n
D
E P P’
l
B
A
i1
a
2
第三章
3.1 几何光学基本概念和定律 费马原理
a
3
一、光线和波面
波面
光线
波面
光线
球面波 光束：光线的a 集合
平面波 4
二、几何光学的基本实验定律
（1）光在均匀介质中的直线传播定律
a
5
二、几何光学的基本实验定律
• 投影(shadow) • 针孔成像(pinhole imaging)
a
6
二、几何光学的基本实验定律
i2
C
a
29
三、全反射 光波导
光从光密(n1） 光疏(n2）时，
i1 ＝ic i2 ＝90， n1 sinic ＝n2
点光源
i
sin
1
n 2
c
.
n 1
—— 临界角
全反射
n1
ic
n2
a
30
三、全反射 光波导
n1
cos(kxxx)
n2
n2
0
exp[2 x]
a
exp[1(xa) ]
倏逝波，表面波
a
31
像空间（像方）： 像所在的空间。
I
II
A
A’
A’’
a
23
四 单心光束 实像和虚像
a
24
第三章
3.2 光在平面界面上的反射 和折射
a
25
一 、光在平面反射
（一）、理想光学系统 1、使单心光束保持其单心性不变的光学系统。 2、理想光学系统是成像的必要条件。
（二）、光的平面反射成像
PN=P’N
平面镜是不改变单心a 性的理想光学系统 26
合分别称为实物、虚物、实像、虚像。
a
21
实物光进入人眼
人眼在像点发光范围内可见它
区 (1) 物点向一切方向发光 别 (2) 像点发光范围受仪器（透镜、面镜等）限制
(3) 实像点确有光线通过，虚像点没有光线通过
a
22
四 单心光束 实像和虚像
5. 物空间和像空间
物空间（物方）： 物所在的空间。
① 实物点：发散的入射单心光束的顶点 ② 虚物点：会聚的入射单心光束延长线的顶点
a
19
四、 单心光束 实像和虚像
（2）像点：经光学系统出射后的单心光束的顶点 ① 实像点：会聚的出射单心光束的顶点 ② 虚像点：发散的出射单心光束的顶点
a
20
四 单心光束 实像和虚像
4、实物、实像、虚像的联系与区别 （1）实物点、虚物点、实像点、虚像点的集
光传播的可逆性原理
a
17
四、 单心光束 实像和虚像
1、光学系统：由透镜、反射镜、棱镜及光阑等多 种光学元件按一定次序组合成的整体。
2、单心光束：具有单个顶点的光束（同心光束） ① 发散光束：由一顶点发出的光束； ② 汇聚光束：向一个顶点会聚的光束。
a
18
四、 单心光束 实像和虚像
3. 物和像 （1）物点：入射到光学系统的单心光束的顶点
i1=i2
由A到B点,符合反射定律,
其a光程最小。
13
三、 费马原理
(3) 折射定律
A
A
h1
i1
A’
C
x
B’ n1 n2
O A’ C’
C’’ B’ O’
B
由A到B,符合折射定律的
i2
h2 光线ACB的光程最小。
a
D
B
a n1sini1n2sini2 14
三、 费马原理
2. 等光程的例子
A1 A2
三、全反射 光波导
(一） 光波导
• 光波导：约束光波传输的媒介
• 介质光波导三要素：
－“芯 / 包”结构
－凸形折射率分布，n1>n2 －低传输损耗
• 光波导的分类：
－薄膜波导（平板波导）
－矩形波导（条形波导，脊形波导 ）
－圆柱波导（光纤）
a
32
三、全反射 光波导
平板波导
n3 n1
n2
a
33
三、全反射 光波导
1(nn12)2tg2i127
2
二 、光束单心性的破坏
（1）当i1＝0，有x＝0，y=y1=y2 =yn2 n1。
折射光束近似单心，y 称为像似深度。
若n1 > n2，则 y < y ,像似深度减小。
若n1 < n2,则y > y ,像似深度增大。
（2）i 1越大，象散越严重。
y y = tgi
矩形波导
脊型波导
条形波导
a
34
三、全反射 光波导
（二）光纤
光学纤维
光进入光学纤维后,多次
在内壁上发生全内反射,
光从纤维的一端传向另
一端.
a
35
三、全反射 光波导
2i
阶跃光学纤维的端面
n0
B n2
证明
A i
i
n1
n2 n1
A
ABnds极值（极 a 小值、极 恒大 定11 值
三、 费马原理
（二）由费马原理导出几何光学的实验定律 光程为极值的例子: （1） 光的直线传播定律 均匀媒质中，两点间光程最短的路径是直线。
a
12
三、 费马原理
(2) 反射定律
A
B
A
i1 i2
O D’
D
BB
O
C’’
O’
n1
C’
E O’
n2
B'
ADB<AD’B
二 、光束单心性的破坏
Q
x1 x2
y2 y1
y1
n2 n1
y2 (1nn1222)x12
y2
n2 n1
y2 (1nn1222)x22
P’坐标
A1(x1,0), A2(x2,0)
p(o,y),p1(o,y1),p2(o,y2)
x
y(nn1222
1)tg3i1
3
yyn2
平面折射系统不是理想光a学系统 n1
现代光学
第三章 几何光学的基本原理
a
1
第三章 几何光学的基本原理
3.1 几何光学基本概念和定律 费马原理
3.2 光在平面界面上的反射和折射 光学纤维
3.3 光在球面上的反射和折射
3.4 光连续在几个球面界面上的折射，
虚物的概念
3.5 薄透镜
3.6 近轴物点近轴光线成象的条件
3.7 理想光具组的基点和基面
（2）光的反射定律
1
1’
O
a
7
二、几何光学的基本实验定律
（3）光的折射定律
1
1’
O
2
a
8
二、几何光学的基本实验定律
（4）光的独立传播定律和光路可逆原理
a
9
二、几何光学的基本实验定律
适用条件： R远大于光波长λ
（否则，用衍射光学）
a
10
三、 费马原理
（一）、概念
• 光程: ns ( ct)
B
• 费马原理: 光在指定的两点间传播， 实际的光程总是一个极值。
P
P’
旋转椭球凹面镜， 自其一个焦点发出， 经镜面反射后到达 另一焦点的光线等 光程。
PAi AiP'常 数
a
15
三、 费马原理
透镜成像时： 物点到像点的光程取恒定值。
P
P’
费马原理
a
16
三、 费马原理
3. 光程为极大值
M
P
A 1 A2
A
' 2
M
P’
M
P
A1
A
' 2
M
A2
P’
光程为极小值
Fermat原理