第二章 光学基础知识与光场传播规律
光学部分基础知识点
光学部分一、光的“三大现象”：1、光的直线传播：光在同种均匀介质中沿直线传播。
2、光的反射现象：光传播到物体的表面时会被反射回去的现象。
它分为○1、镜面反射；○2、漫反射。
3、光的折射现象：光由一种介质进入另一种介质（或在不均匀介质中）时，光的传播方向通常要发生偏折。
二、光的三大“规律、定律”：1、光的直线传播规律：光在同种均匀介质中沿直线传播。
2、光的发射定律：反射光线、入射光线和法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；发射角等于入射角。
3、光的折射规律：折射光线、入射光线和法线在同一平面上；折射光线和入射光线分居在法线的两侧；当光从空气斜射入水或其它透明介质时，折射角小于入射角；当光从水或其它透明介质斜射入空气时，折射角大于入射角；折射角随入射角的增大而增大，随入射角的减小而减小。
三、两种光学仪器的“成像规律”：1、平面镜成像：○1、成像原理：光的反射○2、规律（特点）：物体在平面镜中成的是正立的虚像；像和物体大小相等；像和物体到镜面的距离相等；像和物体对应点的连线与镜面垂直。
（像和物体关于镜面对称。
）○、小结：A、凸透镜既可以成实像也可以成虚像，它们以“焦点（F）”为分界点；焦点以外（u﹥f）为实像，焦点以内（u﹤f）为虚像。
B、成实象时以“2倍焦距处”为分界点，2倍焦距外为倒立缩小的实像，2倍焦距到焦距之间为倒立放大的实像。
C、焦点以外成实像时，“物近像远且变大”。
四、由光的现象而产生的自然、生活现象：1、由光的直线传播而产生的：○1、影子（立竿见影）○2、日食、月食的形成○3、小孔成像○4、打靶的“瞄准”○5、排队的“看齐”---------2、由光的反射而产生的：○1、平面镜成像如：“平湖倒影”，“镜中月水中花”②、潜望镜的制作原理3、由光的折射而产生的：○1、凸透镜成像○2、水中鱼、砂石、湖底等它们的像的形成。
○3、海市蜃楼的形成○4、彩虹的形成○5、三棱镜对太阳光的“色散”五、其它基本概念：1、光源：发光的物体。
八年级物理上册光学知识点
八年级物理上册光学知识点上学的时候，不管我们学什么，都需要掌握一些知识点，知识点是指某个模块知识的重点、核心内容、关键部分。
为了帮助大家掌握重要知识点，下面是店铺收集整理的八年级物理上册光学知识点，希望能够帮助到大家。
八年级物理上册光学知识点1第二章光现象必考知识点一、光的直线传播l、光源的特点光源指自身能发光的物体，太阳、发光的电灯、点燃的蜡烛都是光源，有些物体本身不发光，但由于它们能反射太阳光或其它光源射出的光，好像它们也在发光一样，不要被误认为是光源，如月亮和所有行星，它们并不是物理学所指的光源。
2、光的传播规律：光在同一均匀透明介质中沿直线传播。
例子：种树、排队、挖掘隧道、打枪、影子、手影、日食、月食、小孔成像3、光的传播速度光速与介质有关，光在不同介质中的传播速度不同，光在真空中的传播速度最大，真空或空气中的光速取为c=3×108m/s。
光在水中的速度约为真空中的3/4；光在玻璃中的速度约为真空中的2/3。
4、光年（距离单位）：光在1年内传播的距离。
5、光线：用一条带有箭头的直线表示光的传播径迹和方向，这样的直线叫光线。
光线并不是真实存在的，而是为了研究方便，假想的理想模型。
二、光的反射1、光的反射及反射定律反射：是指光从一种介质射到另一种介质表面时，有部分光返回原介质中传播的现象。
光的反射所遵循的规律称为光的反射定律。
反射定律：①反射光线和入射光线、法线在同一平面上；②反射光线和入射光线分居法线两侧；③反射角等于入射角。
入射点：入射光线与镜面的交点。
法线：从光的入射点O所作的垂直于镜面的线ON叫做法线。
入射角：入射光线与法线的夹角叫做入射角，用符号i表示。
反射角：反射光线与法线的夹角叫做反射角，用符号r表示。
注意：①对应于一条入射光线，只有一条反射光线；②反射光线的位置是随入射光线的改变而改变的，即入射光线是“因”，反射光线是“果”，所以叙述反射定律时不能说成“入射角等于反射角”。
初中物理8年级光学复习提纲.doc
第二章《光现象》复习提纲一、光的直线传播光源：本身能够发光的物体叫光源。
分为天然光源和人造光源。
1、光的传播①传播规律：光在同种均匀介质中沿直线传播。
②光线：为了表示光的传播情况，我们通常用一条带箭头的直线表示光的传播轨迹和方向，这样的直线叫做光线。
光线实际上不存在的。
③光的直线传播的应用及形成的现象：a激光准直b影子的形成(透明的物体不能形成影子)c日食月食的形成（发生日食时，月球在太阳与地球之间）d小孔成像。
小孔成像的特点：倒立的实像，与小孔的形状无关。
2、光的速度光在真空中的传播速度c=3×108m/s=3×105km/s。
在水中为真空中的3/4。
玻璃中为真空中的2/3。
1光年=9.46×1015m 光年是长度单位，不是时间单位。
二、光的反射1、定义：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。
2、反射定律：（1）反射光线与入射光线、法线在同一平面内；（2）反射光线和入射光线分居法线两侧；（3）反射角等于入射角。
（反射要说在前面）光的反射过程中光路是可逆的。
⑴镜面反射——平行光射到光滑平整的物体表面上，反射光线仍平行的反射。
镜面反射的条件：反射面光滑平整。
⑵漫反射——平行光射到凹凸不平的物体表面上，反射光线向着不同方向的反射。
漫反射遵守光的反射定律。
区别镜面反射和漫射的方法：站在不同的方位看物体，如亮度差不多，则是漫反射，如明亮程度不同，则是镜面反射。
4、凹面镜和凸面镜（1）凹面镜对光线有会聚作用。
（2）凸面镜对光线有发散作用。
三、平面镜成像1、平面镜成像特点①物和像大小相等②物和像到平面镜的距离相等。
③物和像对应点的连线与镜面垂直。
④像和物的左右相反。
⑤平面镜所成的像是虚像（作图时用虚线）像和物体关于镜面对称（注意：平面镜中像的大小只与物体有关，只要物体的大小不变，那么像的大小就不会变）平面镜成像的原理：光的反射定理2、实像和虚像：实像：实际光线会聚所成的像，可用光屏承接虚像：光线的反向延长线的会聚所成的像，不能有光屏承接。
第二章光学基础知识与光场传播规律
方法和步骤
电场 E是矢量，可将其分解为一对正交的电场分量，一个振动方向垂直
于入射面，称为‘s’分量，另外一个振动方向在或者说平行于入射面， 称为‘p’分量。
首先研究入射波仅含‘s’分量和仅含‘p’分量这两种特殊情况。当两种分量 同时存在时，则只要分别先计算由单个分量成分的折射、反射电场； 然后根据矢量叠加原理进行矢量相加即可得到结果。
n1 cost n1 cost
tan(i tan(i
t ) t )
sin 2i sin 2i
sin 22 sin 22
tp
Et0 p Ei 0 p
2n1 cosi n2 cosi n1 cost
2cosi sint sin(i t )cos(i
t )
11/40
《光电子技术》● 第二章 光学基础知识与光场传播规律
菲涅耳公式
再利用E、H 的数值关系及其正交性关系，得到：
rp
Er0 p Ei 0 p
n2 cosi n2 cosi
n1 cost n1 cost
p分量的反射系数
菲 涅
tp
Et0 p Ei 0 p
2n1 cosi n2 cosi n1 cost
p分量的透射系数
耳
公 式
rs
Er 0 s Ei 0s
n1 cosi n1 cosi
n2 cost n2 cost
sin(i sin(i
t ) t )
tani tani
tant tant
ts
Er 0 s Ei 0s
2n1 cosi n1 cosi n2 cost
2cosi sint sin(i t )
初中物理光学基础知识点总结归纳
初中物理光学基础知识点总结归纳光学是物理学的一个重要分支，研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象。
在初中物理学习中，我们也接触到了一些光学的基本概念和原理。
下面将对初中物理光学基础知识点进行总结归纳。
一、光的传播光的传播是指光在各种介质中的传播过程。
光是沿着直线传播的，这是光的直线传播性质。
光通过空气、水、玻璃等透明介质时，传播速度是不同的，这是因为介质的折射率不同所致。
光的传播速度最快是在真空中，为光速，约为3.00×10^8m/s。
二、光的反射光线照射到物体表面时，会发生反射现象。
光的反射有两个重要的定律：入射角等于反射角，入射光线、反射光线和法线在同一平面上。
利用这两个定律，我们可以解释光的反射现象。
三、光的折射当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
光的折射也有两个重要的定律：入射角的正弦与折射角的正弦的比值等于两种介质的折射率的比值，入射光线、折射光线和法线在同一平面上。
利用这两个定律，我们可以解释光的折射现象。
四、光的色散光的色散是指光通过介质时，由于光速与频率之间的关系以及介质对光折射率的不同，不同频率的光被折射的角度也不同，导致光的分散现象。
当光通过三棱镜时，不同颜色的光线会分散成不同的方向。
太阳光经过雨滴的折射和反射，形成了彩虹。
五、光的干涉光的干涉是指两束或多束光线相互叠加形成明暗条纹的现象。
产生干涉现象的条件是：光的波长相同，光的相位差相等或者相差整数倍。
常见的干涉现象有双缝干涉、薄膜干涉等，可以通过干涉实验来观察和研究。
六、光的衍射光的衍射是指光通过孔径或者物体边缘时，发生扩散和弯曲的现象。
光的衍射也是波动性质的表现之一。
常见的衍射现象有单缝衍射、双缝衍射等。
利用光的衍射现象，人们发明了激光、显微镜等很多仪器和设备。
七、光的成像光的成像是指光经过透明介质时，由于光的反射、折射等现象，在屏幕上形成物体的像。
根据成像形式的不同，光的成像可以分为实像和虚像。
《光电子技术基础》(第二版)朱京平Chap2.PPT课件
3、电介质
4、波动方程
5、光波的表示与传播特性
6、高斯光束
7、热辐射概念（度量学）
-
1
2.1 光学的基础知识
从光学到光电子学
“光”是人类首先最想要弄清楚的东西。
神话中，往往是“一道亮光”劈开了 混沌与黑暗。
《圣经》里，神要创造世界，首先要 创造的就是“光”。
“光”在人们心目中，永远代表着生 命、活力与希望！
电位移矢量法向跃变： D D
2n
1n
磁感应强度矢量法向连续：B B 0
2n
1n
电场强度矢量切向连续： E E 0
2t
1t
磁场强度矢量切向跃变： H H
2t
1t
其中， 为
自由电荷面
密度， 为
自由电流面 密度。
场量跃变的原因是面电荷-电流激发附加的电磁场 18
2.3 电介质
根据P和E的关系，电介质呈现的特性有： 线性特性、非色散特性、均匀性、各向同性 、空间非色散性
z0 02 /
散焦使束半径达到(z) 20时，相应的距离成为焦深
2z0202/
一定波长的光 束，束腰越小， 焦深越小，散 焦情况越严重。
-
34
4、相位、波前和曲率半径
高斯光束的波函数：
E (x ,y ,z ) A 0 (z 0 )e x p [ 2 ( 2 z )]e x p { j[k (z 2 R ( 2 z ))(z ) ] }
3、可见光的波长范围
: 3900~7600A 1A1010m108cm
: 7.51014~4.110 -14H z
12
1、在介质的界面上发生反射、折射现象 光 2、在传播中出现干涉、衍射、偏振现象 比较
光电子技术基础第二章 光学基础知识与光场传播规律
第2章 光学基础知识与光场传播规律本章旨在回顾信息光电子技术基础课程学习中所需的一些光学基本知识，系统概括总结有关光的基本属性与波动光学的有关内容。
2.1光学基础知识2.1.1 光的基本属性17世纪中期，有关光属性的两种学说——胡克和惠更斯的波动学说以及牛顿的粒子学说——都得到了发展，接下来的l00多年中，许多学者的进一步观测支持了波动学说，尤其是1864年麦克斯韦(Maxwell)建立了普遍电磁波方程，并通过方程式证明了横向电磁波的存在，还推导出了光波在真空中的传播速度为s m c /10998.21800⨯≈=εμ （2-1）式中，μ0为真空中的磁导率，ε0为真空中的介电常量。
这一学说给出了在极宽频率范围内产生电磁波的前景。
20年后，赫兹第一次在实验上证实了光波就是电磁波，肯定了麦克斯韦的理论。
表2-1给出了电磁波谱及其主要产生方式。
表2-1 电磁波谱及其主要产生方式可见，光波与电波虽然同是电磁波，但其产生的本质原因不同，因而波长(频率)相差很大，且频率越高，粒子性与波动性相比越加明显；另外，电波的波导由金属导体构成，而光波的波导是由电介质构成的。
波动学说成功地将光归结为一种横电磁波，但是直到与真正电波电源一样相位一致的激光出现以前，光只是杂乱无章的、相位不整齐的噪声光，一般人根据经验很难相信光是一种横电磁波的说法。
激光的出现，促进了人们对光本质的直观认识。
但波动学说虽能解释光的干涉、衍射、偏振等现象，而用在能量交换场合，如光的吸收与发射、光电效应等，就完全失效了。
粒子学说将光看做一群能量零散的、运动着的粒子，爱因斯坦提出用光频率ν与普朗克常量h 的乘积所得的能量值h ν作为最小单位，认为光是以h ν的整数倍发射与吸收的，这种最小单位称为光子。
粒子学说可以合理地解释光的吸收、光的发射与光电效应等现象。
综上所述，迄今为止，说到光的本质，粒子性与波动性各有其存在合理性，因而通常称光具有波粒二象性。
光电子技术 Chap0 第1-2章知识要点
D(r , t) 0E(r, t) P(r, t) (r , t)E(r , t)
极化强度
P
(
0)E
( 0
1)0E
( r
1)0E
0 E
极化率 r 1
相对介电常数 r 1
折射率 n r 1
电介质分类：简单介质、各项异性介质、色散介质、谐振介质
5 麦克斯韦方程组 麦克斯韦总结了库仑、安培和法拉第等人的电磁学研究成果，用两个基本假设【涡旋电
4
《光电子技术》知识要点（2015 版） 场和位移电流，其基本思想是认为变化的磁场会产生电场，变化的电场也会产生磁场】 将电磁学理论统一起来，归纳出了电磁场的基本方程组。
感应电场与静电场，位移电流与传导电流的异同 麦克思维方程组中每一个方程的物理含义
通常所说的光学区域(或光学频谱)包括红外线、可见光和紫外线；由原子外层电子跃迁 产生
2
《光电子技术》知识要点（2015 版） 中、远红外等是物体发射的一种热辐射，所以也叫热红外 可见光的波长范围 400nm-760nm；人眼对于不同波长的光的相对灵敏度不同，可见光区 中心波长约为 555nm 的黄绿光，人眼感觉最敏感 紫外线的粒子性较强，能使各种金属产生光电效应
r 柱面波： E(r ) A eikr
r
9 利用电磁学知识推导折射反射定理 s 分量、p 分量 菲涅耳公式 反射系数、透射系数 反射率、透射率 会分析 s、p 分量反射系数、透射系数曲线（两种情况）
根据全反射时候，透射波电场：
Et
Eto
exp[ki (sin2 i
n22 n12
1
)2
(完整版)光学知识点总结
光现象知识总结一．光的产生1、光源：定义：能够发光的物体叫光源。
分类：自然光源，如 太阳、萤火虫；人造光源，如 篝火、蜡烛、油灯、电灯。
月亮 本身不会发光，它不是光源。
二．光的传播1.规律：光在同种均匀介质中是沿直线传播的，光在密度不均匀的液体或气体中传播会折射，比如海市蜃楼，星星闪烁，通过火苗看物体会晃动。
2、光线是由一小束光抽象而建立的理想物理模型，建立物理模型法是研究物理的常用方法之一。
辅助线：法线和光的反向延长线要用虚线表示。
实际光线：用实线表示，且带有箭头。
3、应用及现象：① 激光准直，站对看齐。
②影子的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，在物体的后面形成黑色区域即影子。
③日食月食的形成是由于光沿直线传播。
日地月同线时，地球 在中间时可形成月食。
在1的位置可看到日全食， 在2的位置看到日偏食， 在3的位置看到日环食。
④ 小孔成像：小孔成像成倒立的实像其像的形状与小孔的形状无 关。
只与光源（亮物体）的形状有关。
像的大小与物体到小孔的距离和光屏到小孔的距离共同决定。
稍大的小孔成模糊的像，较大的大孔不能成像，只能形成与大孔相同形 状的亮斑。
4、光速：光的传播不需要介质（真空中可以传播）光在真空中速度C=3×108m/s=3×105km/s；光在空气中速度约为3×108m/s。
光在水中速度为真空中光速的3/4，在玻璃中速度为真空中速度的2/3 。
三、光的反射1、定义：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。
2、反射定律：三线同面,法线居中,两角相等,光路可逆.即:反射光线与入射光线、法线在同一平面上，反射光线和入射光线分居于法线的两侧，反射角等于入射角。
光的反射过程中光路是可逆的。
实验：光的反射定律1.实验材料准备材料：激光笔、平面镜、白纸板、量角器、纸筒（牙膏盒）等。
2.实验过程用光反射实验器演示光的反射规律：图4-2-1所示是光的反射实验器,实验器的底座上两个白色的光屏必须垂直于镜面，光屏的作用的是显示光路。
光电子技术基础_第二版_(朱京平_著)_科学出版社_课后答案
放大，为此，我们引入激活介质的增益系数 G (υ )
G (υ ) =
dI (υ ) I (υ ) dx
式中， dI (υ ) 是传播距离 dx 时的光强的增量。这说明：介质的增益系数在数值上等于光束强 度在传播单位长度的距离时，光强增加的百分数。由于 dI (υ ) > 0 ，因而 G (υ ) > 0 ，所以 G (υ ) 可以表示光在激活介质当中的放大特性。 3.计算与推导 ⑴λ＝0.5μm 时，什么温度下自发辐射率与受激辐射率相等？T=300K 时，什么波长下
= −µ0
∇(∇ E ) − ∇ 2 E ＝ − µ 0
课
∂ 2 (ε 0 E + P) ∂J ∂E ＝ − µ0 − µ 0σ − µ0 s 2 ∂t ∂t ∂t
后
答
∂J ∂2 D ∂E − µ 0σ − µ0 s 2 ∂t ∂t ∂t
案
网
在电介质中，一般有 M = 0 ,从而 µ = µ 0 ， B = µ 0 H ，于是上式可化为
课
后
答
成熟特别是量子阱激光器的问世以及 CCD 的问世。
案
20 世纪 70 年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器的
网
20 世纪 60 年代，光电子技术领域最典型的成就是各种激光器的相继问世。
ww
w.
征，是一门新兴的综合性交叉学科。
kh da w. co m
1
第二章 光学基础知识与光场传播规律
⒈填空题 ⑴光的基本属性是光具有波粒二象性，光粒子性的典型现象有光的吸收、发射以及光电效 应等。光波动性的典型体现有光的干涉、衍射、偏振等。 ⑵两束光相干的条件是频率相同、振幅方向相同、相位差恒定，最典型的干涉装置有杨氏 双缝干涉、迈克耳孙干涉仪。两束光相长干涉的条件是 δ = mλ (m = 0, ±1, ±2,LL) δ 为光程差。 ⑶ 两 列 同 频 平 面 简 谐 波 振 幅 分 别 为 E01 、 E02 ， 位 相 差 为 φ ， 则 其 干 涉 光 强 为
光电子技术课件ppt2[1]
![光电子技术课件ppt2[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/2af4091da9956bec0975f46527d3240c8447a13d.png)
22
θ1
B
半波带 a 半波带
2
21′′
1 2 1′
2′
半波带 半波带
A λ/2
两个“半波带”上发的光在P处干涉相消
形成暗纹。 • 当a sin 时3，可将缝分成三个“半波带”
2
Bθ
a
P处近似为明纹中心
A
2024/10/13
λ/2
光电子技术与应用
23
• 当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波
I I1 I2 2 I1I2 cos ,
若 I1 = I2 = I0 ,
则
I
4I0
cos 2
2
( d sin 2 )
I
4I0
光强曲线
2024/10/13
-4 -2 0 2 4
-2 -1 0 1 2 k
x -2 x -1 0
x1
x2
x
-2 /d - /d 0 /d 2 /d sin
光电子技术与应用
E0 sin 2
2
E0 △Φ
令 a sin
2
有
Ep
E0
sin
又
I
E
2 p
，I0 E02
P点的光强
I
I0
sin
2
2024/10/13
光电子技术与应用
27
由 得
I
I0
sin
2
可
(1) 主极大（中央明纹中心）位置：
0处， 0 sin 1 (2) 极小（暗纹）位置：
f
a
a
——衍射反比定律
2024/10/13
光电子技术与应用
sin I
光学教程期末知识点总结
光学教程期末知识点总结光学是研究光的传播、反射、折射以及与物质相互作用的科学。
光学知识在现代科技和工程领域有着广泛的应用，如光纤通信、激光技术、光学显微镜等。
在光学学习中，我们需要了解光的性质、光的传播规律、光的折射和反射规律以及光的成像规律。
下面就对光学教程期末知识点进行总结。
一、光的性质1. 光的波动性光是一种电磁波，具有波长、频率和振幅等特性。
光的波动性表现为光的干涉和衍射现象，根据不同波长的光线，我们可以通过干涉仪和衍射光栅来观察光的波动特性。
2. 光的能量光具有能量，能够力量物体。
光的能量和光强、光强度和面积有关，我们可以通过光能量的计算来了解光对物体的作用。
二、光的传播规律1. 光的直线传播在均匀介质中，光沿着直线传播，这是光的基本传播规律。
2. 光的反射光线在与介质表面发生反射时，入射角等于反射角，根据菲涅尔公式我们可以计算反射光的反射率。
3. 光的折射光线从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象，入射角、折射角和介质的折射率之间存在一定的关系，这是根据折射定律可以得到。
三、光的成像规律1. 几何光学成像根据物体和成像点的关系，我们可以通过几何光学原理来进行成像点的计算，常见的成像方式有实像和虚像，我们可以根据物体和成像点的位置来进行实际成像情况的判断。
2. 透镜成像透镜是一种常见的光学器件，通过透镜的焦距、物的位置和成像点的位置，我们可以计算透镜成像的位置，了解透镜的成像规律。
3. 光的色散不同波长的光线通过透镜或棱镜会呈现出不同的色散现象，这是光的波动特性和折射规律共同表现出来的现象。
以上就是光学教程期末知识点的总结，通过对光的性质、光的传播规律和光的成像规律的了解，我们可以加深对光学原理的理解，为进一步的学习和应用打下基础。
光学知识在现代科技和工程领域有着广泛的应用，希望大家在学习中能够认真对待，加强理论知识的理解，提高实践能力，为光学领域的发展做出贡献。
光学知识点总结大学
光学知识点总结大学一、光的本质1.1 光的波动理论光的波动理论是指光是一种横波，它在空间中传播时具有波长、频率和波速等特性，可以用波动方程描述光的传播规律。
光的波动理论可以解释光的干涉、衍射和偏振等现象，是光学研究的重要理论基础。
1.2 光的粒子理论光的粒子理论是指光是由一种被称为光子的微粒组成的，它具有能量和动量，可以与物质发生相互作用。
光的粒子理论可以解释光的光电效应、康普顿散射和光子的波动性等现象，是量子光学研究的重要理论基础。
1.3 光的波粒二象性光的波粒二象性是指光在实验中表现出波动性和粒子性的双重特性，它既可以用波动模型来描述干涉、衍射等现象，又可以用粒子模型来描述光电效应、康普顿散射等现象。
光的波粒二象性是光学研究的重要概念，对理解光的本质和行为有重要意义。
二、光的传播规律2.1 光的传播方向光在空间中的传播是沿直线传播的，这是光学几何的基本原理。
光在介质中传播时会发生折射，其传播方向遵循折射定律；光在界面上的反射和折射现象可以用光学法则来描述和分析。
2.2 光的传播速度光在真空中的传播速度是光速，约为3×10^8米/秒；光在介质中的传播速度是介质折射率的倒数乘以光速，介质折射率越大，光在介质中的传播速度越慢。
2.3 光的传播模式光的传播模式包括直线传播、衍射传播和波导传播等，这些传播模式对于不同的光学系统和器件有不同的应用和影响。
2.4 光的传播损耗光的传播过程中会发生吸收、散射、衍射和波导损耗等现象，这些传播损耗会降低光的能量和传输距离，对光学系统的性能和应用产生影响。
三、光的干涉和衍射3.1 光的干涉光的干涉是指两个或多个波源发出的光波相遇时，由于波源产生的相位差而产生的明暗条纹现象。
光的干涉可以通过杨氏双缝干涉实验和薄膜干涉实验来观察和研究，它对于光学仪器、光学检测和光学加工等领域有重要的应用价值。
3.2 光的衍射光的衍射是指光波通过绕射障碍物或穿过孔径物体后产生的波的扩散和干涉现象。
光学基础知识
10-9
10-6
10-3 nm
1 m
103 mm
106 m
109
波长 / m
宇宙射线
X 射线 射线
紫 外 线 可 见 光
红 外 线
微波
无线电波
极 远
远
近
紫
蓝
绿
黄
橙
红
近
中
远
极 远
波长 / nm
106
10
200
300 390
455 492
577
597
622
760
5x103 6x103 4x104
（1）、单色平面波 沿＋r 方向传播的平面光波，其电场表示式为
E(r, t ) E(r )e it Ae jkr jt A cos(t k r )
（2）、球面光波 一个各向同性的点光源,它向外发射的光波是球面光波，等相位面是以点
光源为中心、随着距离的增大而逐渐扩展的同心球面。所以球面光波的振幅
第二章 一、光波的特性
光学基础知识与光场传播规律
（一）、光波与电磁波、麦克斯韦电磁方程 1、电磁波谱
光是一种电磁波，X 射线、 射线也都是电磁波。它们的电磁特性相同，只是频率 或波长不同而已。将电磁波按其频率或波长的次序排列成谱，则称为电磁波谱。通常所 说的光学区域或光学频谱包括：红外线、可见光和紫外线。由于光的频率极高1012～1016 Hz（1014～1015Hz），一般采用波长表征，光谱区域的波长范围约从1 mm到10 nm。
4、波动方程
在各向均匀的介质中，在远离辐射源，不存在自由电荷和传导电流的区域， 此时麦克斯韦方程组简化为： •D＝0 •B＝0 x E ＝ － ( B/ t) x H ＝ ( D/ t) 由此可推导出交变电磁场所满足的典型的波动方程： 2 E － (1/2)(2 E/ t2) = 0 2 H － (1/2)(2 H/ t2) = 0 该式说明了交变电场和磁场是以速度 传播的电磁波动。式中： ＝()-1/2 电磁波在真空中的传播速度: ＝(00)-1/2 为表征光在介质中传播的快慢，引入光折射率：n = c/ = (rr)1/2 除铁磁性介质外，大多数介质的磁性都很弱，可以认为 r 1。因此，折射率 可以表示为：n = (r)1/2 此式称为麦克斯韦关系。对于一般介质， r 或 n 都是频率的函数，具体的函 数关系取决于介质的结构。
基础光学第2章光的波动概念和描述
光的时间和空间的双重周期性
2.2光速和光强
电磁波在介质中传播的速度为
v 1
0r 0r
其中，是真空的介电常数，为介质的相对介电常数；是真空 的磁导率，为介质的相对磁导率。 光在真空中的传播速度为
c 1 2.99792458108 m/s
利用光波的周期、频率、波长及速度的关系，假设初相位 可将上式变换为
0
0
，
E
E0
cos 2
t T
z
E0
cos
t
2
z
E0 cos(t kz) E0 cos(t )
x T
0
t
其中，k 2 / 为波矢量（简称波矢）的大小，波矢量的方向为
(3)沿r方向的相位分布为
(r) k r 0 kr cos( / 2 ) 0 2 r sin / 0
【例2.2】如果例2.1中的平面波是沿r方向传播的， 设 E0 为光矢量的振幅，求该平面波的复振幅。
x
r k
o
z
【解】根据题意知该平面波波矢k的方向和r方向相同
波动光学
第二章 光的波动概念和描述
波动光学就是以光的波动性为基础来研究光学现象的光学 分支。
波动光学的基础知识，包括光的传播特性、光的干涉、衍 射、偏振等内容。
2.1描述光波的基本参数
光波是特定波段内的电磁波
根据电磁波的波长从短到长，大致可分为射线、x射线、紫 外线、可见光、红外线、微波，无线电波等。
kx k sin 2 sin / kz k cos 2 cos /
中考重点光学基础与光的传播
中考重点光学基础与光的传播光学是物理学的一个重要分支，它研究光的性质及其与物质相互作用的规律。
中考中，光学也是一个常见的考点，掌握光的基本概念、光的传播方式以及光的反射、折射等现象对于解答相关题目具有重要意义。
本文将就中考中重点涉及的光学基础与光的传播进行论述。
一、光的基本概念光是一种能量以波动形式传播的电磁波，它的传播速度在真空中为常数，约为3×10^8 m/s。
光的波长与频率之间存在着倒数关系，它们满足光速等于波长乘以频率的公式：c = λν。
光的波长决定了它们在各种介质中传播时的速度和颜色。
二、光的传播方式光在空间传播时有直线传播和弯曲传播两种方式。
直线传播是指从光源发出的平行光经过凸透镜或凹透镜折射后形成的焦点于同一平面上，光线不发生交叉。
弯曲传播则是指光线经过非均匀介质如大气层等时，由于介质的密度变化而发生折射使光线产生偏折现象。
三、光的反射现象光在光滑的表面上照射时，会发生反射现象。
根据反射定律，入射光线与法线之间的入射角等于反射光线与法线之间的反射角。
利用反射定律，我们可以预测和解释诸如镜子中的形象以及光的反射成像等现象。
例如，平面镜反射可形成等大、等距、正立的像。
四、光的折射现象光从一种介质传播到另一种介质时，由于介质折射率的不同，会发生折射现象。
根据斯涅尔定律，入射光线与法线之间的入射角和折射光线与法线之间的折射角满足折射定律：n1sinθ1 = n2sinθ2。
其中，n1和n2分别代表两种介质的折射率，θ1和θ2分别是入射角和折射角。
利用折射定律，我们可以解释和预测光在棱镜和透镜中的传播规律，也可以解释光在空气与水之间的折射、生活中的折射现象等。
五、光的色散现象光在经过棱镜或介质时，由于不同颜色光的折射率不同，会发生色散现象。
当光通过棱镜时，不同波长的光根据其折射率的差异，会产生不同的折射角，从而分离出不同颜色的光。
这就是我们常见的将白光分解成七色的彩虹现象。
光学基础与光的传播是中考物理考试的重点内容之一。
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圆偏振光 检偏器旋转一周， 光强无变化
椭圆偏振光 检偏器旋转一周， 光强两强两弱
由于位相差恒定, 2 1与时间无关,则
2 I A12 A2 2 A1 A2 cos( 2 1 )
t
t
干涉项
2.1.3 光的独立传播原理及干涉
3 相干性(干涉) ※讨论 (1)若两振动位相相同
2 1 2m , m 0,1,2,3
I ( A1 A2 ) 2
2.1.3 光的独立传播原理及干涉
3 相干性(干涉) 两列波产生相干的条件 (1)频率相同 (2)存在相互平行的振动分量 (3)位相差恒定
两个沿同一直线的简谐振动,频率相同,位相相同
E1 A1 cos(t 1 )
E2 A2 cos(t 2 )
叠加的结果 E E1 E 2 A cos(t )
由自然光得到偏振光的过程称为起偏,所用器件为起偏器; 如该器件用来检验某一束光是否为偏振光,则称之为检偏器. 最常见光偏振态包括：自然光,线偏振光,部分偏 振光,圆偏振光和椭圆偏振光
2.1.5 偏振
(1)自然光 自然光在垂直于光传播防线的平面内沿各个方向振动的矢 量都有,呈各方向概率相等的随机分布 (2)线偏振光 光矢量只沿某一固定方向振动的光为线偏振光。偏振光的振 动方向与传播方向组成的平面称为振动面 (3)部分偏振光 部分偏振光在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光 矢量都有，但振幅不对称，在某一方向振动较强，而与它垂直的 方向上振动弱
波动说 惠更斯1678年《论光》一书中提出光是在“以太”中传播的波， 提出光波动的次波原理,成功地解释了折射、反射定律,还解释了 方解石的双折射定律.但是没有提到波长、相位这些概念 1815年,菲涅耳用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理,称为 惠更斯-菲涅耳原理 · 1808年,马吕发现光在两种介质表面上反射时的偏振现象. 杨氏在1817年提出了光是一种横波的假设. 菲涅耳进一步完善了这个观点并导出了菲涅耳公式 波动说理论既解释了光的直线传播,也解释了光的干涉、 衍射现象,同时又解释了光的偏振现象.
第二章 光学基础知识与光场传播规律
主要内容
2.1 光学基础知识 2.2 麦克斯韦方程 2.3 电介质 2.4 波动方程 2.5光波的表示与传播特性 2.6高斯光束
2.1 光学基础知识
2.1.1 光的基本属性
(1) 微粒说 (2)波动说
(3)光的电磁理论 (4)波粒二象性
2.1.1 光的基本属性
说明什么？
2.1.4 衍射
2 惠更斯-菲涅耳原理 (1)将波前上每个面元看做次波源 原理 (2)空间某点P振动是所有次波在该点的相干叠加
菲涅耳衍射(近场衍射) 夫琅和费衍射(远场衍射)
2.1.5 偏振
纵波：波的振动方向和波的振动方向相同
横波：波的振动方向和波的振动方向垂直 · 振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振.
2 A 2 A12 A2 2 A1 A2 cos( 2 1 )
A1 sin 1 A2 sin 1 tan A1 cos 2 A2 cos 2
2.1.3 光的独立传播原理及干涉
3 相干性(干涉) 平均强度
1 2 I A A dt t0
2
t
1 2 [ A12 A2 2 A1 A2 cos( 2 1 )]dt t0 1 2 2 A1 A2 2 A1 A2 cos( 2 1 )dt t0
(4)圆偏振光 光矢量端点在垂直于光传播方向的截面内描绘出圆形轨迹
(5)椭圆偏振光 光矢量端点在垂直于光传播方向的截面内描绘出椭圆轨迹
2.1.5 偏振
自然光 光路中插入检偏器，屏上光强减半 检偏器旋转，屏上亮暗无变化
线偏振光 检偏器旋转一周，光强两强两弱 自然光经过起偏器后转变成线偏振光
部分偏振光 检偏器旋转一周, 屏上光强两强两弱
n2
2.1.2 折射 反射 全反射
2 全反射 (1) 光从光密介质向光疏介质入射——n1>n2， (2), 入射角大于临界角—— 1 c
n2 sin c n1
入射光的能量全部被 界面反射回光密介质
c
2.1.3 光的独立传播原理及干涉
波动的三个特性——独立性,叠加性,相干性 1 独立性原理 当两列光波在空间交叠时,它们各自的传播互不干扰,各 自独立地按照自己原来的传播方向继续前进,彼此不受影响. 这就是波的独立传播定律 2 叠加性 在波的独立传播定律成立的前提下,当两列或多列波同 时存在时,在它们的交叠区域内每点的振动是各列波单独在 该点产生的振动的合成,这就是波的叠加原理
8
几何光学基本定律
1、光的直线传播定律
在各向同性的均匀介质中，光沿直线传播。 各向同性
2、光的独立传播定律
不同光源发出的光线在空间相交时，彼此互不干扰，独立 不同光源 传播。相遇处的光强度是简单地相加，总是增强的。
9
2.1.2 折射 反射 全反射
1 折射、反射定律包括两方面的内容 (1)折射、反射光位于入射光与 界面法线所决定的平面内 n1 (2)折射交满足 n1 sin 1 n2 sin 2 , 反射角等于入射角 1 c
2.1.1 光的基本属性
波粒二象性
· 光的电磁理论的主要困难是不能解释光和物质相互 作用的某些现象.例如炽热黑体辐射中能量按波长分布的 问题.特别是1887年赫兹发现的光电效应
光电效应
2.1.1 光的基本属性
波粒二象性 · 1900年普朗克提出了辐射的量子理论 (1)能量是不连续的 (2)能量的大小等于hv的整数倍
· 1905年爱因斯坦提出了光量子理论(光子理论),圆满解 释了光电效应. 光的波动性：光的干涉、衍射和偏振 光的粒子性：黑体辐射、光电效应等
光同时具有波粒二象性
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回顾光学的基本概念
1、光的本质
光波是一种电磁波，其基本特征用三个物理量描述： 光速c、波长λ、频率f 。三者关系：c=λ f 。 在不同介质中，光速和波长不同： c=v/n ， λ =λ 0 /n ，频率 不变! 真空中的光速为3×108米/秒 光波按波长或频率可分为：X射线、紫外光、可见光、近红外 和远红外光等波段。
……
合振动平均强度达最大值(干涉相长)
(2)若两振动位相相反
2 1 (2m 1) , m 0,1,2,3 ……
I ( A1 A2 ) 2
合振动平均强度最小(干涉相消)
2.1.4 衍射
1 光的衍射现象 (1)窗外说话,窗内他听见(声波) (2)无线电波绕过山的障碍物,山区能接收到电台的广播(电磁波) (3)光波照射不透明的障碍物,形成的影子
微粒说 根据光的直线传播性质,牛顿与1704年在《光学》一书中提出光 是微粒流的理论.他认为这些微粒从光源飞出来,在真空或均匀物 质内由于惯性而做匀速直线运动,并以此解释了光的反射定律和 折射定律
· 从十七世纪开始,就发现有与光的直线传播不完全符合的事实 如：格里玛第、胡克等观察到衍射现象
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2.1.1 光的基本属性