2014_2015_波动光学1(笔记格式)
大学物理1(波动光学知识点总结).ppt
差 =__________。若已知 λ = 5000Å，n = 1.5，A 点恰为
第四级明纹中心，则 e = ________ Å 。
S1 •
e
n
2 (n 1)e
A
e 40000 A
S2 •
6、用波长为5000Å的平行单色光垂直照射在一透射光栅上，在
分光计上测得第一级光谱线的衍射角为 30。则该光栅
最大值是最小值的5倍，那么入射光中自然光与线偏振
光的比值是：
A ）1/2 C ）1/3
B） 1/5 D） 2/3
( I0 I) / I0 5
2
2
I0 1 I 2
[例1]一束波长为 550 nm的平行光以 30º角入射到相距为
d =1.00×10 – 3 mm 的双缝上，双缝与屏幕 E 的间距为
D=0.10m。在缝 S2上放一折射率为1.5的玻璃片，这时双缝 的中垂线上O 点处出现第8 级明条纹。求：1）此玻璃片的
厚度。2）此时零级明条纹的位置。
E
解：1）入射光到达双缝时已有光程差： S1
1 d sin30
经双缝后，又产生附加光程差：
30
1
o
2 (n 1)e
S2
D
两束光在点O处相聚时的光程差为：
C）数目增加，间距变小。
D）数目减少，间距不变。
L
2、一束波长为 的单色光由空气入射到折射率为 n 的透明介
质上，要使反射光得到干涉加强，则膜的最小厚度为：
A) / 4
1 23
en
B) /(4n) C) / 2 D) /(2n)
2ne k k 0, e
2
4n
3、在单缝的夫琅和费衍射实验中，把单缝垂直透镜光轴稍微 向上平移时,屏上的衍射图样将
第10章-波动光学
a 的影响
sin 1
a
x 1
a
缝越狭, 衍射越显著, 条纹间距越宽。
当a
,且
a
1 时，
1
π， 2
I 只存在中央明文, 屏
幕是一片亮。
0 sin
33
当a且
a
0时，
x
0 ，k
0，
只显出单一的明条纹 单缝的几何光学像
∴几何光学是波动光学在a >> 时的极限情形。
34
•*单缝衍射条纹亮度分布
n1
18
当光线垂直入射时 i 0
当 n2 n1 时
Δr
2dn2
2
当 n3 n2 n1 时
Δr 2dn2
n1 n2 n1
n1 n2
n3
19
二、增透膜与增反膜
镜头颜色为什么发紫? 增透膜: 利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合 相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。 增反膜: 利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足 相长干涉，因此反射光因干涉而加强。
25
二、单缝夫琅禾费衍射
1.单缝衍射实验
L1
K L2
屏幕
S
单缝衍射图样的主要规律: (1)中央亮纹最亮,宽度是其他亮纹宽度的两倍;
其他亮纹的宽度相同,亮度逐级下降。 (2) 缝a越小，条纹越宽。(即衍射越厉害) (3)波长 越大，条纹越宽。(即有色散现象)
26
2.半波带法
只须考虑各子波源所发出的沿同一方向的平行 衍射光, 衍射光与原入射光方向的夹角（衍射角 ) 变化范围为 0→± /2
第10章 波动光学
§10.1 杨氏双缝干涉 §10.2 薄膜干涉 §10.3 光的衍射 §10.4 光栅衍射 §10.5 光的偏振
波动光学一
同一介质两光之间的几何路程差。 不同介质?
S1
r1 r2
P
n1 n2
y1 E1 cos(t 2 y2 E2 cos(t 2
1
r1
) )
S 2
1
n1
2
r2
,
2
n2
2 E E12 E2 2 E1 E2 cos
2n2 r2
1
k
k 1
2
2n
2．牛顿环 （1）装置：曲率半径很大的 平凸透镜与平玻璃相接触形成 的空气劈尖 （2）干涉条纹(反射光干涉) 2nd 2d 2 2 (为什么？) （明） k （暗） (2k 1) 2 讨论：
（2）
（1）
（1）等厚干涉条纹：明暗相 间且间距不等的同心圆环（中 间为一暗斑点）； （2）明暗圆环半径,由图得 2 2 2 2 r R ( R d ) 2dR d
2
2n2 d （为什么）
n3=1.50
欲使透射最大，则反射光干涉相消无 反射光，有 2n d (2k 1) （增透） 2
2
取，λ=550mm，k=0
1 则d 0.10 m 2n 2 2
讨论： （1）增反膜，则由 k 计算 （2）当白光照射到上述透镜时，在紫色光 附近的光满足反射光加强的条件，因此透 镜呈紫色。
2
n
所以(2)、(3)光线的光程差为
n2 ( AB BC ) n1 AD
由折射定律和几何关系得
2n2 d 1 sin r
2
2
s
(1)
(2)
2
波动光学 14-1 相干光
物理学教程 （第二版）
第十四章
波动光学
第十四章 波动光学
14 – 1 相干光 一
物理学教程 （第二版）
光是一种电磁波 光矢量 用 E 矢量表示光矢量, 它在引起人眼视 觉和底片感光上起主要作用 . 真空中的光速
c 1
0 0
0
、 表示真空中的电容率、和磁导率
0
可见光的范围
: 400 ~ 760 nm : 7 . 5 10
1
2
P
t:
10
8
~ 10
10
s
第十四章 波动光学
14 – 1 相干光 2）相干光的获取 波阵面分割法
物理学教程 （第二版）
振幅分割法
I
I
1
I
2
s1
光源 *
s2
第十四章 波动光学
14 – 1 相干光
物理学教程 （第二版）
单色激光光源不同原子所发的光具有相干性
激光束干涉实验
第十四章 波动光学
14
~ 4 . 3 10
14
Hz
第十四章 波动光学
14 – 1 相干光
物理学教程 （第二版）
二
相干光
两束光的光矢量满足相干条件（频率、振动方向 相同、相位相同或相位差保持恒定）。 1）普通光源的发光机制
E h
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；
各原子各次发光相互独立， 各波列互不相干.
波动光学总结[1]
![波动光学总结[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/34b88f4769eae009581becb1.png)
ξ
u
O B
.A .D . .
C
x
4. 一平面简谐波,沿 x 轴负方向传播,圆频率为 ω, 波速为 u .设 t =T/ 4 时刻的波形如图所示,则该波的 表达式为[ D ]
( A) y A cos( t x u). ( B) y A cos (t x u) 2.
(C) y A cos (t x u). ( D) y A cos (t x u) .
2,惠更斯原理作图法解释双折射现象
一.选择题
练习
1. 一质量为m的物体挂在劲度系数为k的轻弹簧下面, 振动角频率为.若把此弹簧分割成二等份,将物体m 挂在分割后的一根弹簧上,则振动角频率是
(A) 2 . (C) / 2 (B)
2
(D)/2.
[ B]
2. 若一平面简谐波的波动方程为 y 式中 A, B, C 为正值恒量,则[ C ] (A) 波速为 C . (C) 波长为 2π/ C .
dW 能量密度 w dV
1 T 1 平均能量密度: w wdt 2 A2 T 0 2 dW 能流P:单位时间内通过某一面积的能量. w dt 平均能流: 单位时间内通过的平均能量.
平均能流密度 (波的强度):单位时间内通过垂 直于波线单位面积的平均能量. dW 1 2 A2u I dtds 2 (三)机械波的反射和折射
o P f L 2
(1) 同心圆环:内疏外密 中心级次最高 i i (2)中心处: 膜厚每增加 e 2n
1 S 就冒出一个亮斑. i i D n A n > r C n B
e
干涉条纹
二,光的衍涉 光的衍射:光在传播过程中遇到障碍物能绕过障 碍物传播的现象. 惠-菲原理:波阵面上各点都可看成发射子波的波 源,衍射时波场中各点的强度由各子波 在该点的相干叠加决定 分类:
大学物理(波动光学知识点总结)
大学物理(波动光学知识点总结)contents•波动光学基本概念与原理•干涉理论与应用目录•衍射理论与应用•偏振光理论与应用•现代光学技术发展动态简介波动光学基本概念与原理01光波是一种电磁波，具有横波性质，其振动方向与传播方向垂直。
描述光波的物理量包括振幅、频率、波长、波速等，其中波长和频率决定了光的颜色。
光波的传播遵循波动方程，可以通过解波动方程得到光波在不同介质中的传播规律。
光波性质及描述方法干涉现象是指两列或多列光波在空间某些区域相遇时，相互叠加产生加强或减弱的现象。
产生干涉的条件包括：两列光波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
常见的干涉现象有双缝干涉、薄膜干涉等，可以通过干涉条纹的形状和间距等信息来推断光源和介质的性质。
干涉现象及其条件衍射现象及其分类衍射现象是指光波在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播的现象。
衍射现象可以分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射两种类型，其中菲涅尔衍射适用于障碍物尺寸与波长相当或更小的情况，而夫琅禾费衍射适用于障碍物尺寸远大于波长的情况。
常见的衍射现象有单缝衍射、圆孔衍射等，可以通过衍射图案的形状和强度分布等信息来研究光波的传播规律和介质的性质。
偏振现象与双折射偏振现象是指光波在传播过程中，振动方向受到限制的现象。
根据振动方向的不同，光波可以分为横波和纵波两种类型，其中只有横波才能发生偏振现象。
双折射现象是指某些晶体在特定方向上对光波产生不同的折射率，使得入射光波被分解成两束振动方向相互垂直的偏振光的现象。
这种现象在光学器件如偏振片、偏振棱镜等中有重要应用。
通过研究偏振现象和双折射现象，可以深入了解光与物质相互作用的基本规律，以及开发新型光学器件和技术的可能性。
干涉理论与应用02杨氏双缝干涉实验原理及结果分析实验原理杨氏双缝干涉实验是基于光的波动性，通过双缝产生的相干光波在空间叠加形成明暗相间的干涉条纹。
结果分析实验结果表明，光波通过双缝后会在屏幕上产生明暗相间的干涉条纹，条纹间距与光波长、双缝间距及屏幕到双缝的距离有关。
波动光学知识点汇总
九、 光的偏振 1、光的偏振态及其检验 自然光、线偏振光、部分偏振光、 椭圆偏振光、圆偏振光 2、马吕斯定律 如果入射线偏振光的光强为I0，透过检偏器后，透 射光的光强I为
I I 0 cos
2
3、布儒斯特定律 n2 tan i0 n1 这时反射光成为线偏 振光。
a
条纹位置：
中央明条纹线宽度： x0 2 f a
x f tan f sin
七、光栅衍射
1.光栅常数
a
b
屏
d＝a+b
x
f 光栅衍射条纹是单缝衍射与多缝干涉的总效果。
(a+b)sin =k k=0,±1, ±2, ±3 · · · 主极大 2.光栅公式：
斜入射时 (a+b)(sin sin0 )=k k=0,±1, ±2, ±3 · · ·
自然光
i0
线偏振 光 n1
n2
i0
部分偏振光
2
4、光的双折射现象
寻常光 (o光) -----遵守折射定律，振动方向 垂直于自己主平面 非常光 (e光)-----不遵守折射定律，振动方向 平行于自己主平面
o
e
THE END
1. D 条 k d 纹 x＝ 位 2k 1 D 2 d 置
S2
D
亮 暗
D >> d
2
明
k 1, 2…
2.条纹间隔
D x＝ d
k 0,1, 2… 暗
三、平行薄膜干涉 1. 增透膜 薄膜上、下表面反射光的光程差满足 暗纹条件－－反射光干涉相消
大学物理波动光学1
若无半波损失时括号内的 / 2 不要加.
P.32/53
第十五章
波动光学
15.3.2 等厚干涉
1.劈尖干涉
介质劈尖 n
I I1 I 2 2 I1 I 2 cos
0
I=2I1
P.6/53
第十五章
波动光学
15.1.3 普通光源发光微观机制的特点
1. 光源
两大类光源：
普通光源 自发辐射 激光光源 受激辐射
2.普通光源按光的激发分为以下几种： 热光源：利用热能激发的光源 电致发光：由电能直接转换为光能 光致发光：由光激发引起的发光现象 化学发光：由化学反应引起的发光现象
u c
光矢量:E 矢量能引起人眼视觉 和底片感光.
r
介质中的光速
真空中的光速
u
1
c
r r
c n r u
c n n
'
c
1
u
0 0
P.4/53
第十五章
波动光学
15.1.2 光的相干性 干涉现象是一切波动所 具有的共同现象. 干涉条件： 频率相同， 存在平行的光振动方向， 有恒定的相位差. 干涉定义： 满足相干条件的两列 或两列以上的波，它们 在空间的重叠区域内各 点相遇时，将发生干涉 现象.
d Δx1,4 0.2 10 3 7.5 10 3 m 5 10 7 m D k 4 k1 1 4 1
D 1 6 107 3 Δx m 3 10 m 3mm 3 d 0.2 10
P.27/53
第十五章
波动光学
例15-2. 杨氏双缝的一个缝 解： 被折射率为1.40的薄玻璃所盖， 光线s1O的光程为： 另一缝被折射率为1.70的薄玻 r1 (n1 1)t 璃所盖，屏上原来中央极大 光线s2O的光程为： 处被原来的第五级亮纹所占 据。假定入射光的波长为λ＝ r2 (n2 1)t 480nm，两玻璃的厚度相同， 光程差为： 求玻璃片的厚度t。
初中物理波动光学知识点梳理
初中物理波动光学知识点梳理波动光学是物理学中的重要分支，研究的是光波的传播、反射、折射和干涉等现象。
对于初中物理学生来说，掌握波动光学的知识点对于理解光的性质和光学现象具有重要意义。
本文将梳理初中物理波动光学的知识点，帮助学生更好地理解和掌握相关内容。
1. 光的性质光是电磁波的一种，具有波粒二象性。
它既可以看作是一束粒子流动，也可以看作是一种电磁振动。
2. 光的传播光是以波的形式传播的，它可以在真空中传播，也可以在介质中传播。
光的传播速度是有限的，即光速，约为3×10^8 m/s。
3. 光的反射光线遇到光滑的表面，会发生反射。
反射角等于入射角，反射光线与入射光线在反射面上的法线平行。
4. 光的折射当光线从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射。
折射光线的折射角和入射角之间满足折射定律：n1sinθ1=n2sinθ2，其中n1和n2分别表示两种介质的折射率，θ1和θ2分别表示入射角和折射角。
5. 光的干涉当两束光波重叠时，会发生干涉现象。
光的干涉分为叠加和相消两种形式。
叠加干涉会产生明暗条纹，其中相位相同的地方会叠加为增强，相位相反的地方会叠加为减弱；相消干涉会使光强度减小或完全消失。
6. 光的衍射波的衍射是指光通过一个孔径或缝隙后向周围扩散。
衍射现象是波动性的重要表现，对于理解光的传播和干涉具有重要意义。
7. 光的色散光的色散是指不同频率的光在介质中传播时速度不同，导致折射角度发生变化。
光的色散是由于光在介质中传播速度与频率有关而引起的。
8. 光的偏振光的偏振是指光波中振动方向的特性。
偏振光只在一条方向上振动，垂直于这一方向的光无法通过偏振片。
光的偏振对于解释光的传播和干涉现象具有重要作用。
9. 光的反射和折射成像光在镜面上反射可以形成反射成像，光在透明介质中折射可以形成折射成像。
理解光的反射和折射成像可以帮助学生解释镜子、凸透镜和凹透镜等光学器件的工作原理。
10. 光的反射和折射的应用光的反射和折射在日常生活中有着广泛的应用。
大学物理第十三章复习笔记波动光学基础
2024/1/25
28
关键知识点总结回顾
01
光的干涉
02
光的衍射
干涉是波动性质的一种表现，当两束 或多束相干光波在空间某一点叠加时 ，其振幅相加而产生的光强分布现象 。如双缝干涉、薄膜干涉等。
光在传播过程中遇到障碍物或小孔时 ，偏离直线传播的现象。如单缝衍射 、圆孔衍射等。衍射现象表明光具有 波动性。
2024/1/25
21
偏振光在显示技术中应用
液晶显示
液晶显示技术利用液晶分子的双折射性质，通过控制液晶分子的排列方式来改变光的偏振态，从而实现图像的显 示。液晶显示具有功耗低、体积小、重量轻等优点，被广泛应用于电视、计算机显示器等领域。
OLED显示
OLED（有机发光二极管）显示技术利用有机材料的电致发光性质，通过控制电流来改变像素的发光状态。OLED 显示具有自发光的特性，不需要背光源，因此具有更高的对比度和更广的视角。同时，OLED显示还可以实现柔 性显示和透明显示等特殊效果。
17
04
偏振光性质与应用
2024/1/25
18
马吕斯定律和布儒斯特角
2024/1/25
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后光强的变 化规律，即$I = I_0 cos^2 theta$， 其中$I_0$为入射光强，$theta$为偏 振片透振方向与入射光振动方向的夹 角。
布儒斯特角
当自然光以布儒斯特角入射到两种介 质的分界面时，反射光为完全偏振光 ，且振动方向与入射面垂直。布儒斯 特角的大小与两种介质的折射率有关 。
30
相关领域前沿动态介绍
光学微操控技术
利用光的力学效应，实现对微观粒子的精确 操控，为生物医学、微纳制造等领域提供了 新的研究工具。
波动光学 知识点总结
波动光学知识点总结一、波动光学基础理论1.1 光的波动性光既具有波动性，也具有粒子性。
但在波动光学中，我们更多地将光看作是一种波动。
光的波动性表现为它的波长、频率和波速等特性。
光的波动性对光的传播和相互作用提供了理论基础。
1.2 光的主要波动特性在波动光学中，我们需要了解光的一些主要波动特性，如干涉、衍射、偏振等。
这些特性是光学现象的基础，也是波动光学理论的重要内容。
1.3 光的传播规律波动光学还研究光的传播规律，如菲涅尔衍射、菲涅尔-基尔霍夫衍射等。
这些规律描述了光在不同介质中传播时的行为，为我们理解光学器件的原理和应用提供了基础。
二、干涉2.1 干涉现象干涉是波动光学的重要现象，它描述了两个或多个光波相遇时的相互作用。
我们可以通过干涉实验来观察干涉现象，如杨氏双缝干涉、薄膜干涉等。
2.2 干涉条纹干涉条纹是干涉现象的主要表现形式，它是由干涉光波在空间中的相互叠加而形成的明暗条纹。
通过研究干涉条纹，我们可以了解光的波动规律和光的相位特性。
2.3 干涉的应用干涉在科学研究和技术应用中有着广泛的应用，如干涉测量、干涉成像、干涉光谱等。
通过干涉技术，我们可以实现对光学性质和光学器件的精密测量和分析。
三、衍射3.1 衍射现象衍射是波动光学中的重要现象，它描述了光波在通过障碍物或孔径时的传播规律。
我们可以通过衍射实验来观察衍射现象，如单缝衍射、双缝衍射等。
3.2 衍射图样衍射图样是衍射现象的表现形式，它是光波经过衍射产生的明暗图案。
通过研究衍射图样，我们可以了解光波的传播特性和光的波前重构规律。
3.3 衍射的应用衍射在光学成像、光学通信、激光技术等领域有着重要的应用价值。
通过衍射技术，我们可以实现对微小结构的观测和分析，也可以实现光的调制和控制。
四、偏振4.1 偏振现象偏振是波动光学中的重要现象，它描述了光波振动方向的特性。
在偏振现象中，我们可以了解线偏振、圆偏振和椭圆偏振等不同偏振状态。
4.2 偏振光的特性偏振光具有独特的性质，如光振动方向的确定性、光强的调制特性等。
波动光学主要知识点总结
波动光学主要知识点总结1. 光波的传播光波是一种电磁波，它具有波动性质。
光波的传播遵循波动方程，描述光波的传播和相互作用。
光波可以在真空中传播，也可以在不同的介质中传播，比如空气、玻璃等。
光波的传播速度取决于介质的折射率，根据折射定律可以计算光线在不同介质中的传播方向和速度。
2. 干涉和衍射现象干涉和衍射是光的波动性质的重要表现。
干涉是指两个或多个光波相遇时产生的明暗条纹的现象。
根据干涉现象可以分析光的波长和强度分布。
衍射是光波通过狭缝或物体边缘时产生的偏折现象，衍射现象也是光波的波动性质的重要表现。
衍射现象可以用于分析物体的形状和大小，也可以用于光学仪器的设计。
3. 偏振偏振是光波的一个重要特性，它描述光波中振动方向的规律性变化。
线偏振是光波中电场振动方向固定的偏振态，它有着特定的传播特性和应用。
圆偏振和椭圆偏振是光波的另外两种特殊偏振态，它们在光学成像和材料分析中有着重要的应用。
4. 光的传播介质光波在不同介质中的传播和相互作用是波动光学研究的重要内容。
光的折射、反射、散射和吸收等现象都与介质的光学性质有关。
不同介质对光波的传播有着不同的影响，比如光的速度、波长和偏振态等特性都可能随着介质的改变而发生变化。
研究不同介质中的光学性质，对于光学材料的设计和光学成像有着重要的意义。
5. 光的成像和处理波动光学的研究还涉及到光的成像和处理技术。
成像是指利用光的波动特性获取物体的形状和结构信息，以便进行分析和探测。
光的处理技术包括利用光波的干涉和衍射现象进行信息处理和通信。
比如激光干涉术和数字全息术等技术都是利用光波的波动性质进行信息处理和成像的重要手段。
总的来说，波动光学是研究光波的传播和相互作用的重要学科，它涉及到光波的波动性质、干涉和衍射现象、偏振、光的传播介质等内容。
波动光学在激光技术、光学成像、通信和材料分析等领域都有着重要的应用价值。
随着科学技术的不断发展，波动光学的研究将会为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
大学物理(波动光学知识点总结)
01
圆孔、屏幕和光源。
实验现象
02
在屏幕上观察到明暗相间的圆环，中心为亮斑。
结论
03
圆孔衍射同样体现了光的波动性，中心亮斑是光线汇聚的结果。
光栅衍射实验
实验装置
光栅、屏幕和光源。
实验现象
在屏幕上观察到多条明暗相间的条纹，每条条纹都有自己的位置 和宽度。
结论
光栅衍射是由于光在光栅上发生反射和折射后相互干涉的结果， 形成多条明暗相间的条纹。
02
光的干涉
干涉现象与干涉条件
干涉现象
当两束或多束相干光波在空间某一点 叠加时，光波的振幅会发生变化，产 生明暗相间的干涉条纹。
干涉条件
要产生干涉现象，光波必须具有相同 的频率、相同的振动方向、相位差恒 定以及有稳定的能量分布。
干涉原理
光的波动性
光波在传播过程中，遇到障碍物或孔洞时，会产生衍射现象。衍射光波在空间 相遇时，会因相位差而产生干涉现象。
利用光纤的干涉、折射等光学效应，检测温度、压力、位移等物理量。
表面等离子体共振传感器
利用表面等离子体的共振效应，检测生物分子、化学物质等。
光学信息处理
全息成像
利用干涉和衍射原理，记录并再现物 体的三维信息。
光计算
利用光学器件实现高速并行计算，具 有速度快、功耗低等优点。
THANKS
感谢观看
大学物理(波动光学知识 点总结)
• 波动光学概述 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 波动光学的应用实例
01
波动光学概述
光的波动性质
01
02
03
光的干涉
当两束或多束相干光波相 遇时，它们会相互叠加， 形成明暗相间的干涉条纹。
波动光学-(光学一)
在任意时刻两振动在P点的位相差
( r2 2
r1 )
1
(01
02 )
2
(n2r2
n1r1 )
(01
02 )
2
(01
02 )
(n 2 r 2 n 1 r 1 )
假设S1和S2的位相差不随时间改变，即
(0 10)2 0
2 (01 02 )
杨氏双缝干涉实验
在阳光下,为什么肥皂薄膜上会形成彩色图样?
条纹特点
*横向彩色条纹 *条纹间距上宽下 窄
光从薄膜前表面和后表面 分别反射出来，形成两列振动 情况完全相同的光波。当两列 波反射回来时恰是波峰（波谷） 和波峰（波谷）相遇，使光波 的振动加强，形成亮条纹；当 两列波的波峰和波谷相遇，使 光波的振动互相抵消，形成暗 条纹。如果用白光照射肥皂液 薄膜，在薄膜上就出现了不同 颜色的彩色条纹。
E1
A1
cos[(t
r1 )
1
0 1]
E2
A2
cos[(t
r2
2
)
0
2]
合振动的振幅由下式决定：
A 2 A 1 2 A 2 2 2 A 1 A 2 c os
实际上，我们所能观察到的是在一段时间内的平均 强度。在某一时间间隔τ （τ ＞T）内合振动的平 均 相对强度为：
I A2 1 A2dt
五、光栅(grating)衍射 1.光栅结构 (1)多个 平行密 布等间 距单缝
(2)光栅常数(constant)—d=a+b 2、衍射图样比较( compare )
double-slit grating
特点: characters (1) 间隔较宽的锐 线光谱 (2)其中：中央亮线（零级像）
波动光学_精品文档
波动光学第一节 光的干涉一、光波的相干叠加1、光波叠加原理：每一点的光矢量等于各列波单独传播时在该点的光矢量的矢量和。
2、光波与机械波相干性比较：（1)相同点：相干条件、光强分布。
（2)不同点：发光机制不同。
3、从普通光获得相干光的方法：(1)分波阵面法：将同一波面上不同部分作为相干光源。
(2)分振幅法：将透明薄膜两个面的反射（透射）光作为相干光源。
4、光程与光程差：（1）光程：即等效真空程：Δ=几何路程×介质折射率。
（2）光程差：即等效真空程之差。
5、光程差引起的相位差：Δφ=φ2-φ1+λ∆∏2，Δ为光程差，λ为真空中波长。
（1）Δφ=2k ∏时，为明纹。
（2）Δφ=（2k+1)∏时，为暗纹。
6、常见情况：（1）真空中加入厚d 的介质，增加（n-1)d 光程。
（2）光由光疏介质射到光密介质界面上反射时附加λ/2光程。
（3）薄透镜不引起附加光程。
二、分波面两束光的干涉1、杨氏双缝实验：（1）Δ=±k λ时，（k=0,1,2,3……）为明纹。
Δ=±（2k-1)2λ时，（k=1,2,3……）为暗纹。
（2）x=λdD k ±时，为明纹。
x=2)12(λd D k -±时，为暗纹。
(k=0,1,2,……) （3）条纹形态：平行于缝的等亮度、等间距、明暗相间条纹。
（4）条纹亮度：Imax=4I1,Imin=0.（5）条纹宽度：λdD x =∆. 2、其他分波阵面干涉：菲涅耳双棱镜、菲涅耳双面镜。
三、分振幅干涉1、薄膜干涉：2sin 222122λ+-=i n n e Δ反（2λ项：涉及反射，考虑有无半波损失） 透Δi n n e 22122sin 2-=（无2λ项） 讨论：（1）反Δ/透Δ=k λ时，(k=1,2,3……）为明纹，（2k+1)2λ时，（k=0,1,2……）为暗纹。
（2）等倾干涉：e 一定，Δ随入射角i 变化。
（3）等厚干涉：i 一定，Δ随薄膜厚度e 变化。
第15章 波动光学15.1-15.6知识点总结
(c)三、电磁波谱在光波的E 矢量和H 矢量中，能引起感光作用和生理作用（产生视觉）的主要是E 矢量，所以一般把E 矢量称为光矢量，把E 矢量的振动称为光振动，并以它的振动方向代表光的振动方向。
光是一种电磁波，电磁波是横波：H Ec波列定义：只在某一方向有光振动的光，称为线偏振光.E播传方向振动面面对光的传播方向· 线偏振光的表示法：光振动垂直平面光振动平行平面一、线偏振光和自然光1、线偏振光2．自然光物质自发辐射形成的光就是自然光；自然光的光振动(电场强度)方向是随机的，且在极短的时间内各方向出现的概率均等；因而，可以认为引起感光作用的光振动的振幅在各方向完全相等.E3、部分偏振光在某一方向光振动的振幅大于其它方向的振幅。
部分偏振光部分偏振光的等效部分偏振光可等效为两束光振动方向相互垂直的、振幅不相等的、互不相干的线偏振光.部分偏振光的图示法：二、偏振片的起偏和检偏某些物质能强烈地吸收某个方向的光振动，当自然光照射其上时，只允许某个特定方向的光振动通过，形成偏振光.1、起偏从自然光获得线偏振光的过程，称为起偏. 起偏器: 产生偏振光的光学器件.偏振片:只能透过某一方向光振动的光学器件.如：聚乙烯醇浸碘后拉成薄膜，夹在两玻璃片间，可制成偏振片.光轴在方解石这类晶体中存在一个特殊的方向，当光线沿这一方向传播时不发生双折射现象. 称这一方向为晶体的光轴光轴102AB光轴787878102102二、光轴主平面正晶体:的晶体其e 光波阵面椭球的长轴与光轴方向平行.o e v v <负晶体:的晶体,其e 光波阵面椭球的短轴与光轴方向平行.o e v v>3、等光程性B光疏介质光密介质相对入射光15-6等厚干涉和等倾干涉一、薄膜干涉(分振幅干涉)使用透镜不会产生附加光程差Sacb··S 理论证明：物点到象点各光线之间的光程差为零，不产生附加光程差.厚度很薄且均匀的透明介质层表面出现干涉条纹的现象，称为薄膜干涉.观察要求：因为两列相干光迭加时几乎是平行，不能成实像，所以观察时要用凸透镜成像.LP。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
r
)
光强——平均能流密度
∫ I
=1 T
T 0
Sdt=
12uεE02=
1 2
ε μ
E02
13
第2节 光波的叠加 光程
1. 光程 光程差
（1）光程
介质折射率
n
=
c u
此介质中 λ = uT
=
=
c n
ε T
E = E0cos
rμr
=
cT n
=
λ0 n
(ω
t
+ϕ
−
2π λ
r
)
比较光在真空中和介质中走过相同的几何距离d后所造成的 位相变化 Δφ 和Δφ ′。
+
(ϕ
2
−ϕ
1)−
2π
(
r2 λ2
−
r1 λ1
)]
θ =0
在 P处的光强：I = I 1 + I 2 + 2 I 1 I 2 (cos Δ φ )T
16
I = I1 + I2 + 2 I1 I2 (cos Δ φ )T
讨论：
Δφ
=[(ω2
−ω1)t
+(ϕ
2−ϕ1)−2π
(
r2 λ2
−
r1 λ1
)]
a、两光波的位相差不稳定 Δφ ≠ 常量
Ex
=
0.5cos[2π
× 108(t
−
3
z × 108
)]
V/m
x Er
ur
求:（E1）y =Er0的振E幅z 、= 频0 率、波长、波速、传播y 方向？ z
（2） Hr的表达式?
解：（1） Em = 0.5 V/m
ν = 108Hz
u = c = 3 × 108m/s
λ
=
c ν
=
3m
沿 z 正向传播
交作业：每周星期三。
作业要求 1. 独立完成作业。 2. 图和公式要有必要的标注或文字说明。 3. 作业纸上每次都要写学号和姓名。 4. 课代表收作业后按学号排序，并装入透明文件袋。
20
rv1
S1 S2
平行相于应的Er1方光向强的I振′∝|动E20
sinθ|2 (背景光) E
——两振动的合成
2
sinθ
其合成振幅：
Ev1
P
Ev2
rv2
v E2
θ E2cosθ
v E1
E02=
E
2 10
+
E
2 20
cos
2θ
+
2 E10
E
20 cos θ
cos
Δ
φ
两光波的位相差：
Δ
φ
=[(ω
2
−ω
1)t
p
电场强度E的振动称为光振动。
E E
= =
E 0cos [ω(t − E 0 cos (ω t +ϕ
r u −
)+ϕ ]
2πr λ
)
u= 1 = 1 ε 0ε r μ0μr εμ
ω
rv εrμr
r S
=
r E
×
r H
εE= μH
能流密度矢量的大小：
S
=
u
ε
E
2
=
u
εE
2 0
cos
2
(ω
t
+ϕ
−
2π λ
z
=
H
zm
cosω
(t
−
x u
)
其中：
u2
=
1 εμ
波速 方向？
3
平面电磁波的性质： 1. 电磁波的速度：u=1/ εμ
E
y
=
E
ym
cos
ω
(t
−
x u
)
H
z
=
H
zm
cos
ω
(t
−
x u
)
电磁波在真空中的速度：u0=1/ ε0μ0 =3×108m⋅s−1
E
2 x
2.
+ErE和y2+ EHrz2 的变化是H同x2+步H 的y2+ H，z2位相相同，并有数值关系：
ε E= μH
H
=
B μ
E=
B εμ
= uB
3.
EErr、⊥HεHrrE⊥x在≠ur各μ自HEr的x×平Hr面上的在振方真动向空，就中是是：横u的波E方。=向cB
B << E
4. 电磁波的频率，等于偶极子的振动频率。
5. 电磁波具有反射、折射、干涉、衍射、偏振等特性。
演示：电磁波
4
例: 已知真空中电磁波的电场表达式:
ε0 Em =
μ0
Bm μ0
Bm =
ε0μ0
Em =
Em c
=
3.43×10−6 T
(2) P = S ⋅4π r2 = 3.96×1026W (约1.42×1027度)。
武汉市2010年夏季日用电量峰值不到1.5亿千瓦时(1.5×108度)。
8
第五篇 光学
光学历史
1、萌芽时期：~1600年
墨翟：针孔成像；欧几里得：平面镜成像；托勒密：折射；沈括：凹面凸面镜。
18
第3节 分波振面干涉 英
Δφ
=[(ω2−ω1)t
+(ϕ2
−ϕ1)−2π
(λr22
−
r1 λ1
)]
=常量
国 物 理 学
1.杨氏双缝干涉(1801年)
家 托
（1）实验原理
马 斯
缝屏
缝屏
接收屏 杨
.
S1
S0 S2
平面波
明纹
暗纹 中央明纹 暗纹 明纹
是关于中 央明纹对 称的明暗 相间的直 条纹
19
作业：11 —T23~T26
Δφ = (2k + 1)π I < I1− I2 光强减弱
若 E10= E20cosθ
即：I1=I2
Δφ = 2kπ I = 4I1 = 4I2
Δφ = (2k + 1)π I = I1 − I2 = 0
17
（2） 光波的相干条件
Δφ
=[(ω2
−ω1)t
+(ϕ
2−ϕ1)−2π
(
r2 λ2
−
r1 λ1
D C
EF
SC = SA S'B= S'F CD + n ⋅ DE + EF = n ⋅ AB
SAB
S'
结论
L1
透镜或透镜组在光路中 S
不会带来附加的光程差。
Байду номын сангаас
L2 S'
（3）半波损失
有半波损失
n1
n1< n2
n2
无半波损失 n1 n2
n1 > n2
15
2. 光的相干性
（1）光波叠加 垂在ErE直2r两(1(p于列p,t,t)E)光=v=E1rE波r方2100cc的向ooss任的((ωω1意振2tt++ϕ相动ϕ1−2遇为−2λπ2E点λπ1r212rsP)2in)：θ
E = E x= Em cosω (t
+
z u
)
ur
r E
x
r H
? H = H y = −Hmcosω(t + uz )
y
z
6
4. 电磁波的能量 1）能量密度：
w
=
we
+
wm
=
1 2
(Dr ⋅
r E
+
r B
⋅
r H)
∫ 总能量： W = wdV V
2）能流密度矢量(坡印廷矢量)： 定 义: 单位时间内通过与传播方向垂直的
而且，哪个原子发光，发什么样的光都是随机的。 独立( 同一原子先后发的光 )
····
· ·
2. 激光光源
受激辐射： ν = (E2-E1)/h
独立 ( 不同原子发的光 )
ν
νE2
完全一样(全同光子)
ν (频率,位相,振动方向,传播方向) E1
12
三、光波的描述 描述光波的光矢量
——
电场强度矢量
r E
（1）求E和B的最大值；
（2）从地球到太阳的距离约为1.5×1011m，试求太阳
解:
的总辐射功率。
(1)
S
=
1 2
Em Hm
=
1 2
Em
⋅
Em2 = 2
μ0 ε0
S
= 2cμ0S
ε0 μ0
Em
ε0 Em =
Hm
=
Bm μ0
c=
μ0 Hm
1 ε 0μ0
Em = 2cμ0S = 1.03×103V/m
r
L n1 n2 …… nm
……
光程 L = Σ ( ni di )
d1 d2
dm
L = ∫ n(x)dx
14
(2)光程差 两光程之差 δ=(n2d2−n1d1) 叫做光程差。
位相差：Δφ
=
2π λ0
(
L2
−
L1 )
=
2π λ0
(n2d
2
− n1d 1
)=
2π λ0
δ
光程差
注：（1）一般取空气的 n≈1 （2） 透镜成象的等光程性
2、几何光学：17~18世纪
研究光的传播和成像规律。（本教材12章：自学）