高等光学课件chap3
高等光学课件 第三讲
从方程式(1.3从方程式(1.3-2)
ɺ ɺ ds = [( dx) 2 + (dy ) 2 + (dz ) 2 ]1 2 = dz[1 + x 2 + y 2 ]1 2
有
(
dz 2 dx dy ) = 1 − ( )2 − ( )2 ds ds ds
(1.3-12)
上式两边ds对求导，且同乘以n 上式两边ds对求导，且同乘以n，得
[
]
§1.4 哈 密 顿 表 述
为了计算光学成像，可与经典力学的情况相类似，在光学 为了计算光学成像，可与经典力学的情况相类似， 里也可以导出哈密顿表述。 里也可以导出哈密顿表述。 拉格朗日表述应用在许多情况下是很不方便的， 拉格朗日表述应用在许多情况下是很不方便的，解拉格朗 日方程式一个二阶微分方程问题。 日方程式一个二阶微分方程问题。
(1.4-4)
由方程式(1.4-4)能清楚地看出， 由方程式(1.4-4)能清楚地看出，实际上是用两个新的变量代替 能清楚地看出 了两个旧变量， 五个变量的函数。 了两个旧变量，Ｈ是x, y, p, q. z五个变量的函数。与拉格朗日函数 相比变两个变量，但消除了两个二次导数的变量， 相比变两个变量，但消除了两个二次导数的变量，增加了两个 一阶独立变量。 1.4式可立即列出下列哈密顿方程式。 一阶独立变量。由（1.4-4）式可立即列出下列哈密顿方程式。
ɺ p = ∂L / ∂x
ɺ q = ∂L / ∂y
(1.4-1)
如以前一样，圆点表示对于 z的微商，而 L是拉格朗日量. 的微商， 是拉格朗日量. 如以前一样， 利用了方程式(1.3-2)。把方程式(1.3-4)的 代入后， 利用了方程式(1.3-2)。把方程式(1.3-4)的 L代入后，则得到
高考物理光学ppt课件
光的衍射现象
了解衍射现象及其条件，掌握 单缝衍射和双缝衍射的原理和
结果分析。
光的偏振现象
了解偏振现象及其条件，掌握 偏振光的产生和应用。
光的色散现象
了解色散现象及其原理，掌握 棱镜对光的色散作用和应用。
06 高考物理光学备考策略
熟悉考纲要求和考试形式
01
仔细阅读并理解高考物理考纲中光 学部分的要求，明确考试形式和评 分标准。
光的折射定律及应用
折射定律
光线在不同介质间传播时，遵循“入 射光线、折射光线和法线共面，且入 射角和折射角的正弦之比等于两种介 质的折射率之比”的定律。
折射现象
折射率与光速的关系
不同介质中光速不同，折射率与光速 成反比。
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，如棱镜分 光、透镜成像等。
移。
光的衍射现象及应用
1 2
单缝衍射 光通过单个小缝后，产生偏离直线传播的现象， 用于解释光栅光谱、自然光偏振等。
圆孔衍射 光通过小圆孔后，在屏幕上产生明暗相间的衍射 环，用于解释泊松亮斑、小孔成像等。
3
晶体衍射
光通过晶体时，由于晶体内部原子排列的周期性， 产生的衍射现象，用于分析晶体结构、制作光谱 仪等。
全反射与临界角
全反射现象
当光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于或等于某一特定 角度（临界角），则光线完全反射回原介质，不再进入光疏介质。
临界角的概念
全反射发生时对应的入射角称为临界角，其大小与两种介质的折射 率有关。
全反射的应用
光纤通信、全反射棱镜等。
03 透镜成像原理及应用
透镜类型及特点
学会处理实验数据，运用误差分析的 方法对实验结果进行评估和讨论。
《高三物理光学》课件
光的应用
光的应用范围
探索光的应用范围，包括通信、医学、照明 和信息技术等领域。
光导纤维
研究光导纤维的原理和结构，探索它在通信 和数据传输中的广泛应用。
ห้องสมุดไป่ตู้
光学器件
介绍光学器件，如透镜、反射镜和光栅，以 及它们在实际应用中的作用。
激光技术
了解激光技术的原理和应用，包括激光制造、 激光医学和激光测量等领域的应用。
结束语
本次《高三物理光学》PPT课件深入解析了光的本质和光学现象，并介绍了 光的应用领域和技术。希望这些知识能帮助你更好地理解光学，并激发你对 科学的热爱。
谢谢收看！
介绍光的传播方式，包括直线传播、弯曲传 播以及在不同介质中的传播特性。
光的反射和折射
了解光的反射和折射现象，以及它们在实际 生活中的应用，如镜子和透镜。
光的干涉和衍射
1
杨氏双缝干涉实验
2
介绍杨氏双缝干涉实验，探讨干涉条
件和干涉图样的特点。
3
菲涅尔衍射
4
深入了解菲涅尔衍射现象和菲涅尔衍 射原理，以及它们在光学实验中的应
用。
光的干涉
揭示光干涉的原理和现象，包括干涉 条纹和干涉仪器的应用。
光的衍射
研究光的衍射现象和衍射规律，包括 单缝衍射和衍射光栅的应用。
光的色散和偏振
光的色散
解析光的色散现象，包括频率 和波长对光散射的影响，以及 它们在自然界中的表现形式。
偏振现象
探索光的偏振现象，理解光的 偏振方式以及偏振器在实际生 活中的应用。
《高三物理光学》PPT课 件
在这个《高三物理光学》PPT课件中，我们将深入探讨光的本质和光学现象， 帮助你更好地理解光的特性和应用。
《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
高等光学3章
第三章衍射理论基础衍射是波动在传播途中遇到障碍物后所发生的偏离“直线传播”的现象。
“光的衍射”也可以叫作“光的绕射”，就是光可以“绕过”障碍物而在某种程度上传播到障碍物后面的阴影区。
对于声波和无线电波来说，由于它们的波长较长，在日常生活中可以很明显地感觉到它们的衍射现象；而光的衍射现象，由于光的波长较短，只有光通过很小的孔或狭缝时才能明显地观察到。
光的衍射现象，按光源、衍射孔（或屏障）和衍射场的位置三者之间的距离的大小，通常分为两种类型：一种叫菲涅耳（Fresnel）衍射，这是光源和衍射场或二者之一到衍射孔的距离都比较小的情况；另一种叫夫琅和费（Fraunhofer）衍射，这是光源与衍射场都在离衍射物无限远处的情况。
§3-1 惠更斯-菲涅耳原理惠更斯（Huggens）原理是描述波的传播过程的一个原理。
如图所示，设波源S在某一时刻的波阵面为Σ，Σ面上每一点都是一个次波源，发出球面波。
次波源在随后的某一时刻的包络面形成一个新的波阵面Σ’。
波面的法线方向就是波的传播方向。
这就是惠更斯原理。
只根据惠更斯原理是不能确定衍射花样的分布的。
菲涅尔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Σ’上每一点的光振动应该是光源和该点间任意一个波面上发出的次波叠加的结果。
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。
据此我们可以建立一个单色波在传播过程中两个任意波阵面上光振动分布之间的关系。
我们现在来考察一个单色点光源M对于任意一点P的作用，如图所示。
根据惠更斯-菲涅尔原理，光源M 对P 点的作用可以看成M 与P 之间的任一个波面Σ上各点所发出的次波在P 点叠加的结果。
如果我们不考虑时间因子t j e ω，单色点光源M 在波面Σ上任一点Q 产生的光振动的复振幅可以表示为a 0e jkR /R （其中a 0是离点光源M 单位距离处的振幅，R 是波面Σ的半径）。
在波面Q 点取微元波面ds ，则ds 面元的次波源发出的次波在P 点产生的复振幅可以表示为ds re R e a K P dU jkrjkR ⋅=0)()(θ式中=r QP ，K (θ)为倾斜因子，表示次波的振幅随元波面法线和QP 的夹角θ而变(θ称衍射角)。
高中光学知识点总结ppt
高中光学知识点总结ppt第一部分：光的传播1. 光的直线传播：光是以直线传播的，不受到障碍物的影响，而形成阴影。
这一原理在成像学中得到了广泛的应用，例如在相机、望远镜等光学仪器中。
2. 光的折射现象：当光从一个介质进入另一个介质时，由于介质的密度不同，导致光线的传播发生改变，这就是光的折射现象。
折射现象在光的导光器等光学器件中都发挥了重要作用。
3. 光的反射现象：当光线入射到一个介质表面上时，一部分光被反射，一部分光被折射，这就是光的反射现象。
反射现象在镜子、光学玻璃等器件中得到了广泛的应用。
4. 光的散射现象：当光线遇到介质内的不均匀粒子时，会发生光的散射现象，使得光线出现弯曲、偏折等现象。
这一现象在大气层中的光线散射、激光导引光等领域应用广泛。
第二部分：光的色散1. 光的色散现象：当光线通过介质时，由于不同波长的光在介质中传播的速度不同，导致光的发生色散现象，即不同波长的光线会具有不同的折射角度。
这一现象在光谱仪、分光计、色散棱镜等仪器中得到了广泛应用。
2. 光的偏振：当光线传播时，光的振动方向会发生变化，具有一定的振动特性。
这一性质在偏振镜、偏振片等光学器件中得到了广泛的应用。
第三部分：光的成像1. 光的成像原理：当光线通过透镜或反射镜时，会在焦点处形成清晰的像。
这一原理在相机、望远镜、显微镜等光学仪器中得到了广泛应用。
2. 透镜成像：透镜是一种能够成像的光学器件，根据透镜的形状、曲率等不同特性，可以实现不同的成像效果，例如放大、缩小、翻转等。
3. 反射镜成像：反射镜是一种利用光的反射原理成像的光学器件，根据反射镜的形状、表面特性等不同，在光学成像中也发挥了重要的作用。
第四部分：光的波动1. 光的波动特性：光具有波动特性，能够表现出干涉、衍射、偏振等现象。
这一特性在光学干涉仪、激光干涉仪、衍射光栅、偏振片等器件中得到了广泛的应用。
2. 光的波长和频率：光被认为是一种电磁波，具有一定的波长和频率，这一性质在波长和频率的测量、光的激发等领域得到了广泛应用。
光学课件chapter03
f n f n
空气中，n=n
ff
OPTICS
第三章 几何光学成像
4.7 节平面和节点
节面：角放大率=1的一对共轭面 节点：节平面与光轴的交点 J，J
F
H H
U U
F
U J J
f
f
xJ f
xJ f
OPTICS
第三章 几何光学成像
节点性质： 通过物方节点J 的光线，出射光线必定通
OPTICS
第三章 几何光学成像
例3：虚物成像（会聚透镜）
F H H F
OPTICS
第三章 几何光学成像
例4：实物成像（发散透镜）
F H H F
OPTICS
第三章 几何光学成像
4.3 牛顿公式和高斯公式
（1）牛顿公式 以焦点为坐标原点计算物像关系。
B
y
AF
H H F
y
A
B x
f
f
x
l
l
OPTICS
n
n
P I I
U U
O
C A
A
r
L
L
入射光线位置 （U, L） 折射光线位置
（U, L）
目标：计算出
（U, L）
OPTICS
第三章 几何光学成像
计算公式：（*证明自学）
sin I L r sinU r
sin I n sin I n
U U I I L r r sin I
sinU
OPTICS
牛顿公式和高斯公式决定 （2）轴向（纵向）放大率
H H
dx
F
dx
OPTICS
第三章 几何光学成像
2024版《光学》全套课件
《光学》全套课件CONTENTS •光的本质与传播•几何光学基础•波动光学基础•量子光学基础•非线性光学简介•现代光学技术发展趋势光的本质与传播01光的波粒二象性光的波动性质光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射等现象。
光的粒子性质光在与物质相互作用时表现出粒子性，如光电效应、康普顿散射等现象。
波粒二象性的统一光既具有波动性又具有粒子性，二者是统一的，可以用波函数来描述。
光在真空中传播的速度最快，约为3×10^8米/秒。
光在不同介质中传播速度不同，与介质的折射率有关。
折射率越大，光在该介质中传播速度越慢。
光在真空中的传播速度光在介质中的传播速度折射率与光速关系光的传播速度与介质关系光的直线传播与衍射现象光的直线传播光在同一种均匀介质中沿直线传播。
光的衍射现象光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会偏离直线传播方向，发生衍射现象。
衍射的种类根据障碍物或孔的尺寸不同，衍射现象可以分为夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射等。
光的偏振与旋光性光的偏振现象光波在某些方向上振动较强，而在另一些方向上振动较弱或没有振动的现象称为偏振。
偏振光的产生与检测通过偏振片可以获得偏振光，利用检偏器可以检测偏振光。
旋光性某些物质能使偏振光的振动平面发生旋转的现象称为旋光性，具有旋光性的物质称为旋光物质。
几何光学基础02光线与光束概念及分类光线定义表示光传播方向的几何线，忽略光的波动性质。
光束分类平行光束、发散光束、会聚光束等。
反射定律与折射定律应用反射定律入射光线、反射光线、法线在同一平面内，且入射角等于反射角。
折射定律入射光线、折射光线、法线在同一平面内，且入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
透镜成像原理及性质分析透镜成像基本原理光线经过透镜后发生偏折，形成实像或虚像。
透镜性质分析焦距、焦度、透过率等参数对成像的影响。
光学仪器基本原理介绍望远镜利用透镜或透镜组来放大远处物体的视角，使远处物体看起来更近、更大。
南京大学光学chapt3-2
att’
atr’2t’ atr’4t’
1’ 2’ 3’ 4’
图示：薄膜表面的反射和折射
对透明薄膜，入射角不太大时，反射率
Rr
2
较小
30
对透明薄膜入射 角不大时，反射率 很小 例如，透明玻璃
I0=a2
1
2
3
4
5
R r 0.04
2
I (1) 0.04 I 0
* 2 2
1’
2’
3’
4’
相互交会，在交会区域可能产生干涉条纹.
波前分割法 光波的分割方法： 振幅分割法
25
3-5-1 波前分割法(Wavefront splitting)
S1 S
S2
图示: Young干涉中的波前分割
26
பைடு நூலகம்
Fresnel 双面镜
Fresnel 双棱镜
Lloyd镜
Billet对剖透镜
波前分割双光束干涉
非定域条纹(nonlocalized fringe)
31
7
D 条纹刚刚消失时的光程差 ： c k
2
D
相干长度 ：
Lc
2
D
线频率
c
D
c D
2
另一种形式
c Lc D
Lc 定义相干时间 c c
1 c D
8
Lc
2
D
一些常用光源的相干长度
平均波长 线宽D 相干长度Lc < 1um < 0. 3mm < 0. 6mm < 105mm
r’1
实验满足近似条件 l b, d
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矢量形式的折、反射定律 折射定律 反射定律
sin n2 sin '' n1
法线及光线在同一平面上
入射波 反射波 折射波 边界条件
E E0ei (t k r )
E ' E '0 e
i ( 't k 'r )
E
H
E0 p cos E '0 p cos ' E ' '0 p cos ' '
s E0 s E0 s E0
1 1 ( KE0 s K ' E '0 s ) cos ( K ' ' E ' '0 s ) cos ' ' 1 2
菲涅尔公式
s H 0 s H0s H0
对于P波:
在=B时有RP=0， B即为布鲁斯特角，
n2 n1
tp
此时： '' 90 同时满足：tg B
1
1
( KE0 s K ' E '0 s ) cos
1
2
( K '' E ''0 s ) cos ''
对Ep：
s H 0 s H0s H0
1 1 ( KE0 p K ' E '0 p ) ( K ' ' E ' '0 p ) 1 2
平 面 电 磁 波 两 界 面 上 的 反 射 和 折 射
K1
2. 作 r2 n2 的圆
o
n1 n2
A B
M K2
x
3. 过A点作 AM ox 得到 B 点
4. 连接oB即为 K 2
菲涅尔公式
利用电磁场边界条件（假设两介质为电介质）： 电矢量切向分量连续 磁矢量切向分量连续
E1t E2t H 1t H 2t
平 面 电 磁 波 两 界 面 上 的 反 射 和 折 射
''
P2
对Es : Es 本身就是· 切向分量
s E0 s E0 s E0
对Hs : 由 H 1t H 2t
Es
E s
Hp
E s
Hp
Ht H 't H ''t
由 H 1
KE
H p
1 1 [ K E0 K 'E '0 ]t [ K ' 'E ' '0 ]t 1 2
E0 p cos E '0 p cos ' E ' '0 p cos ' '
K 2 cos K ' ' 1 cos ' ' E '0 s E0 s K 2 cos K ' ' 1 cos ' ' 2 2 K cos E ' '0 s E0 s K 2 cos K ' ' 1 cos ' '
矢量形式的反射定律 矢量形式的折射定律
平 面 电 磁 波 两 界 面 上 的 反 射 和 折 射
入射波与反射波频率相同 法线及光线在同一平面上
n1 n2
'
' '
K'
z
K K' '
x
A . 在均匀介质
n1、n2中， 给定 K1 ，求 K 2
1. 作 r1 n1 的圆 交 K1 于 点 A
界面上
n (E 2 E1 ) 0
H
n (E E' ) n E' '
'
K' H'
y
' '
H ''
E' ' K' '
x
n ( E0ei (t k r ) E '0 ei ( 't k 'r ) ) |z 0 n E ''0 ei ( ''t k ''r ) |z 0
z
K
E'
K'
E '' E ''0 ei ( ''t k ''r )
'
H'
n ( E2 E1 ) 0
Et 2 Et1
y
' '
H ''
E' ' K' '
x
E
z
K
E'
E1 E E ' E2 E ' '
要对z=0平面上的任意x,y，并对任何时间 t 都成立
必须有：
K r K ' r K '' r
' ''
K r K ' r K '' r K sin K 'sin ' K ''sin ''
r ( K ' K ) 0
r ( K '' K ) 0
E '0 p K ' ' 1 cos K 2 cos ' ' E0 p K ' ' 1 cos K 2 cos ' '
2 2 K cos E '0 p E0 p K ' ' 1 cos K 2 cos ' '
E '0 s
K 2 cos K ' ' 1 cos ' ' E0 s K 2 cos K ' ' 1 cos ' ' 2 2 K cos E ' '0 s E0 s K 2 cos K ' ' 1 cos ' '
sin( ' ' ) rs sin( ' ' )
ts 2 sin ' ' cos sin( ' ' ) tg ( ' ' ) rp tg ( ' ' )
2 sin ' ' cos sin( ' ' ) cos( ' ' )
一般振动方向电矢量分解为垂直和平行两个分量
将振动矢量分解为垂直和平行与入射面的S 分量和P分量。P 、S和k构成右手正交系。 根据界面连续条件，S分量的反射和折射方 向与入射方向相同，即相位连续条件。
S沿y方向为正。
S1 k
⊙
' 1
'
P 1'
K’
x
n2
O
''
⊙ S 2 K’’
sin n1 K ' ' 1 cos K 2 cos ' ' E '0 p E0 p sin ' ' n2 K ' ' 1 cos K 2 cos ' '
2 2 K cos E '0 p E0 p K ' ' 1 cos K 2 cos ' '