光学1大学物理PPT课件
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大学物理波动光学一PPT课件
超快光谱技术
介绍超快光谱技术的原理、方法及应 用，如泵浦-探测技术、时间分辨光谱 技术等。
超短脉冲激光技术
详细介绍超短脉冲激光技术的原理、 实现方法及应用领域，如飞秒激光技 术、阿秒激光技术等。
未来光学技术挑战和机遇
光学技术的挑战
阐述当前光学技术面临 的挑战，如光学器件的 微型化、集成化、高性 能化等。
大学物理波动光学一 PPT课件
目录
• 波动光学基本概念与原理 • 干涉原理及应用 • 衍射原理及应用 • 偏振现象与物质性质研究 • 现代光学技术进展与挑战
01
波动光学基本概念与原理
光波性质及描述方法
光波是一种电磁波，具有波动性 质，可以用振幅、频率、波长等
物理量来描述。
光波在真空中的传播速度最快， 且在不同介质中传播速度不同。
01
02
03
04
摄影
利用偏振滤镜消除反射光和散 射光，提高照片清晰度和色彩
饱和度。
液晶显示
利用液晶分子的旋光性控制偏 振光的透射和反射，实现图像
显示。
光学仪器
如偏振光显微镜、偏振光谱仪 等，利用偏振光的特性进行物
质分析和检测。
其他领域
如生物医学、材料科学、环境 科学等，利用偏振光的特性进
行研究和应用。
01
牛顿环实验装置与步骤
介绍牛顿环实验的基本装置和操作步骤，包括凸透镜、平面镜、光源等
。
02
牛顿环测量光学表面反射相移
阐述如何通过牛顿环实验测量光学表面反射相移的原理和方法。
03
等厚干涉原理及应用
探讨等厚干涉的基本原理，以及其在光学测量和光学器件设计中的应用
。
多光束干涉及其应用
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
《大学物理光学》PPT课件
1
i
C
2
e AB cos r
e AB BC cosr
'
c
A
e
B
AC ACsini 2etgrsini
2ne sinr λ δ 2n1e sini cosr cosr 2
sini n u1 sinr n 1 u 2
2e λ δ ( n n 1 sinrsini) cosr 2
凸起
（4）牛顿环 R-e R
e
r
λ 明纹 2e kλ 2 λ λ 暗纹 2e ( 2k 1) 2 2 2 2 2 R r (R e)
r R 2 Re e
2 2 2
R>>e
r 2 R e
2
r
2Re
0
明环半径
r
λ ( 2k 1)R 2
k 1,2,3
例题，已知 =500nm 平行单色光垂直入射 a=0.25mm f=25cm 求:(1)两第三级明纹之间的距离 f
x3 o
（2）第三级明条纹的宽度 解： （1）第三级明条纹满足
7 a sinθ 3 λ k3 2 7λ f x3 7 x3 a sinθ 3 λ si nθ 3 2a 2 f
） 菲涅耳衍射（近场衍射 衍射的两大分类 夫琅和费衍射（远场衍 射）
菲涅耳衍射 光源，屏幕 距衍射屏有限远
夫琅和费衍射 光源，屏幕 距衍射屏无限远
S
P
菲涅耳衍射
（近场衍射） 衍射屏
菲涅耳
圆孔 圆屏 单缝 双缝 单边
衍射
圆孔 圆 屏 夫琅和费
单缝 双缝 单边
衍射
《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
《大学物理课件：光学篇》
大学物理课件：光学篇
这是一份关于光学的大学物理课件，将带你探索光的本质与特性，光波与光 粒子，光的传播规律，光的反射与折射以及物体成像原理等等内容。
光的本质与特性
波粒二象性
光既可以表现出波动性，也可以表现出粒子性。
速度与频率关系
光在介质中传播速度与频率有着密切的关系。
吸收、反射和折射
光在与物质相互作用时会发生吸收、反射和折 射。
光的色散
不同频率的光在介质中传播速度不同，导致光 发生色散现象。
光的传播规律
1
直线传播
光在均匀介质中沿直线传播。
2
光的衍射
光通过孔隙或遇到边缘时发生衍射现象。
3
光的干涉
两束相干光叠加会产生干涉现象。
Hale Waihona Puke 光的反射与折射反射定律 折射定律 全反射 光密介质与光疏介质
光线从界面上反射时，入射角等于反射角。
凸透镜
凹透镜能够使光线发散，产生减弱的、直立的虚像。 凸透镜能够使光线汇聚，产生放大的、倒立的实像。
光干涉、衍射和偏振
光的干涉
光的干涉是两束光叠加产生明 暗条纹的现象。
光的衍射
光通过物体或孔隙时改变传播 方向和波前形状。
光的偏振
光的偏振是指光中的振动方向 只沿特定方向进行的现象。
阿贝理论和光学仪器
光电子学基础
光电子学研究光与电子的相互作用，包括光电效应、光电二极管和光电倍增 管等。
光学材料和光学设计
光学玻璃
光学玻璃具有良好的光学性能， 用于制造透镜、棱镜和光学器 件。
半导体材料
半导体材料在光电子领域广泛 应用，例如激光器和光敏器件。
光学设计
光学设计利用光的传播规律和 光学元件进行非常精确的光学 系统设计。
这是一份关于光学的大学物理课件，将带你探索光的本质与特性，光波与光 粒子，光的传播规律，光的反射与折射以及物体成像原理等等内容。
光的本质与特性
波粒二象性
光既可以表现出波动性，也可以表现出粒子性。
速度与频率关系
光在介质中传播速度与频率有着密切的关系。
吸收、反射和折射
光在与物质相互作用时会发生吸收、反射和折 射。
光的色散
不同频率的光在介质中传播速度不同，导致光 发生色散现象。
光的传播规律
1
直线传播
光在均匀介质中沿直线传播。
2
光的衍射
光通过孔隙或遇到边缘时发生衍射现象。
3
光的干涉
两束相干光叠加会产生干涉现象。
Hale Waihona Puke 光的反射与折射反射定律 折射定律 全反射 光密介质与光疏介质
光线从界面上反射时，入射角等于反射角。
凸透镜
凹透镜能够使光线发散，产生减弱的、直立的虚像。 凸透镜能够使光线汇聚，产生放大的、倒立的实像。
光干涉、衍射和偏振
光的干涉
光的干涉是两束光叠加产生明 暗条纹的现象。
光的衍射
光通过物体或孔隙时改变传播 方向和波前形状。
光的偏振
光的偏振是指光中的振动方向 只沿特定方向进行的现象。
阿贝理论和光学仪器
光电子学基础
光电子学研究光与电子的相互作用，包括光电效应、光电二极管和光电倍增 管等。
光学材料和光学设计
光学玻璃
光学玻璃具有良好的光学性能， 用于制造透镜、棱镜和光学器 件。
半导体材料
半导体材料在光电子领域广泛 应用，例如激光器和光敏器件。
光学设计
光学设计利用光的传播规律和 光学元件进行非常精确的光学 系统设计。
《大学物理光学》PPT课件
3
光学仪器的发展趋势 随着光学技术的不断发展，光学仪器正朝着高精 度、高灵敏度、高分辨率和自动化等方向发展。
03
波动光学基础
Chapter
波动方程与波动性质
波动方程
描述光波在空间中传播的数学模型，包括振幅、频率、波长等参现象，是波动光学的基础。
偏振现象及其产生条件
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光的衍射规律。
光的反射与折射现象
光的反射
光在两种介质的分界面上改变传播方向又返回原来 介质中的现象。反射定律：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居法线 两侧，反射角等于入射角。
光的折射
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。折射定律：折射光线、入射光线和法 线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两 侧，折射角与入射角的正弦之比等于两种介质的折 射率之比。
了解干涉条纹的形成和特点。
衍射光栅测量光谱线宽度
03
使用衍射光栅测量光谱线的宽度，掌握衍射光栅的工作原理和
测量方法。
量子光学实验项目注意事项
单光子源的制备与检测 了解单光子源的概念、制备方法及其检测原理，注意实验 过程中的光源稳定性、探测器效率等因素对实验结果的影 响。
量子纠缠态的制备与观测 熟悉量子纠缠态的基本概念和制备方法，掌握纠缠态的观 测和度量方法，注意实验中的环境噪声、探测器暗计数等 因素对纠缠态的影响。
大学物理课件光学
如量子密钥分发、量子隐形传态 等。
超快激光技术及应用领域
超快激光技术的发展历程
从纳秒到飞秒，再到阿秒的超快激光脉冲的产生和应用。
超快激光技术的应用领域
包括超快光谱学、超快化学动力学、超快生物医学成像等。
超快激光技术的挑战与前景
如提高脉冲能量、压缩脉冲宽度、拓展应用领域等。
纳米光子学及前景展望
纳米光子学的基本概念
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面 上，只沿某个特定方向振动。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
布儒斯特角
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于 平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩 下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。
03 光的折射定律
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发 生改变，折射光线和入射光线分别位于法线的两 侧，且折射角与入射角满足一定的关系。
波动光学基础
光的干涉现象
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。干涉现象表明
了光具有波动性。
光的衍射现象
光在传播过程中遇到障碍物或小孔 时，会偏离直线传播路径而绕到障 碍物后面继续传播的现象。衍射现 象也是光波动性的表现。
衍射法测波长实验原理及操作过程
实验原理
当单色光通过单缝或小孔时， 会发生衍射现象，形成明暗相 间的衍射条纹。通过测量衍射 角或衍射条纹间距，可以计算 出单色光的波长。
超快激光技术及应用领域
超快激光技术的发展历程
从纳秒到飞秒，再到阿秒的超快激光脉冲的产生和应用。
超快激光技术的应用领域
包括超快光谱学、超快化学动力学、超快生物医学成像等。
超快激光技术的挑战与前景
如提高脉冲能量、压缩脉冲宽度、拓展应用领域等。
纳米光子学及前景展望
纳米光子学的基本概念
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面 上，只沿某个特定方向振动。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
布儒斯特角
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于 平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩 下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。
03 光的折射定律
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发 生改变，折射光线和入射光线分别位于法线的两 侧，且折射角与入射角满足一定的关系。
波动光学基础
光的干涉现象
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。干涉现象表明
了光具有波动性。
光的衍射现象
光在传播过程中遇到障碍物或小孔 时，会偏离直线传播路径而绕到障 碍物后面继续传播的现象。衍射现 象也是光波动性的表现。
衍射法测波长实验原理及操作过程
实验原理
当单色光通过单缝或小孔时， 会发生衍射现象，形成明暗相 间的衍射条纹。通过测量衍射 角或衍射条纹间距，可以计算 出单色光的波长。
2024版年度《光学》全套课件
2024/2/2
常见衍射现象
单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射 等。 03
衍射现象应用
04 光谱分析、光学成像等。
15
偏振现象及其产生原因分析
偏振现象定义
偏振是指光波中电场矢量方向在传播过程中有规则变化的现 象。
偏振产生原因
光波为横波，其电场矢量与磁场矢量相互垂直，且均垂直于 传播方向。当光波经过某些物质时，其电场矢量方向受到限 制，从而产生偏振现象。
3
光电效应规律及应用 总结光电效应的规律，如光电效应方程、截止频 率等，并探讨其在现代科技中的应用。
2024/2/2
20
玻尔原子模型及其意义探讨
2024/2/2
玻尔原子模型提出背景
介绍玻尔提出原子模型的背景，包括当时物理学界对原子结构的 认识以及存在的困难。
玻尔原子模型内容及假设
详细阐述玻尔原子模型的内容，包括原子的定态假设、频率法则以 及电子的跃迁等。
《光学》全套课件
2024/2/2
1
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
2024/2/2
2
2024/2/2
01
光的本质与传播
3
光的波粒二象性
2024/2/2
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。
普朗克黑体辐射公式
02
介绍普朗克为解决黑体辐射问题提出的能量量子化假设，以及
由此导出的黑体辐射公式。
公式验证及意义
03
通过实验验证普朗克公式的正确性，并探讨其在物理学史上的
重要意义。
19
西安电子科技大学-物理光学与应用光学-ppt-01-图文
(1.1-8) (1.1-9)
(1.1-10)
(1.1-11)
1.1.1 光电磁波及Maxwell电磁方程
对(1.1-10)式两边取旋度，并将(1.1-11)式代入，可得
利用矢量微分恒等式
对于各向同性均匀介质并考虑到 (1.1-8)式，可得 (1.1-12a)
同理得
(1.1-12b)
1.1.1 光电磁波及Maxwell电磁方程
f2(r+vt) — 向原点(点光源)传播的会聚球面光波。 可以看出：球面光波的振幅与球面的曲率半径 r成反比。
单色球面光波的波函数
复数形式为
1.1.2 几种特殊形式的光波
3. 柱面光波
一个各向同性的无线长线光源，向外发射柱面光波，等 相位面是以线光源为中心轴、随距离的增大而逐渐展开的同 轴圆柱面。
称频谱。
1.1.3 光波场的时域频率谱
因此可理解为：一个随时间变化的光波场振动E(t)，可以
视为许多单频成分简谐振荡的叠加，各成分的振幅为E()，
一般情况下，由上式计算出来的E()为复数，它就是
频率分量的复振幅， 可表示为：
式中，|E()|为模，()为辐角。因而，|E()|2就表征了 频率 分量的功率，称|E()|2为光波场的功率谱。可见，一个时域
圆柱坐标系中波动方程
单色柱面光波
(1.1-19)
1.1.2 几种特殊形式的光波
4. 高斯光束
概念： 研究表明，从稳定球面腔和共焦腔中所发出的激光束是
高斯激光束。这种高斯激光束最显著的特征就在于，它的外 轮廓是圆形双曲面（即旋转双曲面）或者椭圆形双曲面。
特点：
·等相面曲率半径在正无限大和负无限大之间连续变化；
(1.1-1) (1.1-2) (1.1-3) (1.1-4)
《大学物理物理光学》PPT课件
第九章 波动光学
(Wave optics)
Introduction
Review of history
The period of Ancient optics
The period of geometric optics The period of wave optics The period of quantum optics
橙 622~597 4 .8 110 ~ 45 .0 110 4 610
黄 597~577 5 .0 110 ~ 45 .4 110 4 570
绿 577~492 5 .4 110 ~ 46 .1 110 4 540
青 492~470 6 .1 110 ~ 46 .4 110 4 480
相干条件：
(1)振动方向相同
(2)频率相同
(3)有恒定的位精相选pp差t
14
相干光的获得
分波阵面法：
在光源发出的 同一波阵面上 取两个点光源， 该两个点光源 发出的光为相 干光（杨氏实 验）
波阵面分割法
s1
光源 *
s2
精选ppt
15
分振幅法：
利用反射或 折射把一束 光的振幅分 成两部分， 这两部分光 为相干光 （薄膜干涉）
独立性：各原子各次发光相互独立，各波列互不相干.
非相干(不同原子发的光)
非相干(同一原子先后发的光)
精选ppt
11
激光属于受激辐射
• E2 • E1
2.激光
波列
E 2 E 1 /h
光波的相位、频率、振动方向以及传播方向都和原 来的入射光相同，即它们具有好
谱线宽度
例:普通单色光
: 10-2 10 0A
0
(Wave optics)
Introduction
Review of history
The period of Ancient optics
The period of geometric optics The period of wave optics The period of quantum optics
橙 622~597 4 .8 110 ~ 45 .0 110 4 610
黄 597~577 5 .0 110 ~ 45 .4 110 4 570
绿 577~492 5 .4 110 ~ 46 .1 110 4 540
青 492~470 6 .1 110 ~ 46 .4 110 4 480
相干条件：
(1)振动方向相同
(2)频率相同
(3)有恒定的位精相选pp差t
14
相干光的获得
分波阵面法：
在光源发出的 同一波阵面上 取两个点光源， 该两个点光源 发出的光为相 干光（杨氏实 验）
波阵面分割法
s1
光源 *
s2
精选ppt
15
分振幅法：
利用反射或 折射把一束 光的振幅分 成两部分， 这两部分光 为相干光 （薄膜干涉）
独立性：各原子各次发光相互独立，各波列互不相干.
非相干(不同原子发的光)
非相干(同一原子先后发的光)
精选ppt
11
激光属于受激辐射
• E2 • E1
2.激光
波列
E 2 E 1 /h
光波的相位、频率、振动方向以及传播方向都和原 来的入射光相同，即它们具有好
谱线宽度
例:普通单色光
: 10-2 10 0A
0
【精品】物理光学PPT课件(完整版)
物理光学
绪论
1. 物理光学的研究对象和内容
光学是研究光的本性,光的传播以及它和物质相互作 用的学科。
光学
几何光学 物理光学 现代光学
波动光学 量子光学
几何光学：基于“光直线传播”的概念讨论光的传播规律 几何光学三个基本定律（直线传播，折射、反射定律）。
是光波衍射规律的短波近似。
它们在方法上是几何的，在物理上不涉及光的本质。
f ( ) 1 cos Ts ( )
在三个坐标轴方向上方向的空间频率为：
fx
cos
fy
cos
fz
cos
f x , f y , fz 又称为三维简谐波固有空间频率 f 的坐标轴分量。
f
2 x
f
2 y
f
2 z
1
2
f
2
光波的空间频率分量反映了波的传播方向， 所以可以根据光的波长和空间频率分量写出 波函数：
I A2 E(r ) E*(r )
此公式也适用于非单色光。
x 2π
O
0 y
-2π
共轭光波，也就是与原复振幅共轭的复振幅所描述的光波。 以图1.5的情形为例，z=0平面上的复振幅为：
E(r ) Aexp(ikx sin )
其中的γ也是入射光波的入射角。 其共轭为：
E*(r) Aexp(ikxsin ) Aexpikxsin( )
波面为球面的波被称为球面波。
理想点光源发出的波为球面波。
一个在真空或各向同性介质中的 理想点光源，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。
1.3.1 球坐标系中的波动微分方程
球面波具有球对称性，在球坐标系中，球面波的波
绪论
1. 物理光学的研究对象和内容
光学是研究光的本性,光的传播以及它和物质相互作 用的学科。
光学
几何光学 物理光学 现代光学
波动光学 量子光学
几何光学：基于“光直线传播”的概念讨论光的传播规律 几何光学三个基本定律（直线传播，折射、反射定律）。
是光波衍射规律的短波近似。
它们在方法上是几何的，在物理上不涉及光的本质。
f ( ) 1 cos Ts ( )
在三个坐标轴方向上方向的空间频率为：
fx
cos
fy
cos
fz
cos
f x , f y , fz 又称为三维简谐波固有空间频率 f 的坐标轴分量。
f
2 x
f
2 y
f
2 z
1
2
f
2
光波的空间频率分量反映了波的传播方向， 所以可以根据光的波长和空间频率分量写出 波函数：
I A2 E(r ) E*(r )
此公式也适用于非单色光。
x 2π
O
0 y
-2π
共轭光波，也就是与原复振幅共轭的复振幅所描述的光波。 以图1.5的情形为例，z=0平面上的复振幅为：
E(r ) Aexp(ikx sin )
其中的γ也是入射光波的入射角。 其共轭为：
E*(r) Aexp(ikxsin ) Aexpikxsin( )
波面为球面的波被称为球面波。
理想点光源发出的波为球面波。
一个在真空或各向同性介质中的 理想点光源，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。
1.3.1 球坐标系中的波动微分方程
球面波具有球对称性，在球坐标系中，球面波的波
大学物理光学PPT演资料
反射的规律
如果让光线逆着反射光线的方向照射到平面镜上， 可以看见光，这说明：在反射现象中，光路是可逆 的。
镜面反射和漫反射
平行光射到平面镜上，反射光仍平行，这个反射叫 镜面反射。
平行光照到白纸上，反射光向各个不同的方向，这 种反射叫漫反射。
镜面反射和漫反射都遵循光的反射定律。
牛 顿 环
牛顿环的应用———检测透镜质量
将标准验规覆盖于待测透镜表面，两者之间形成空气膜， 因此可观察到牛顿圈。如圈数越多，说明误差越大。如牛 顿圈偏离圆形，说明透镜表面不规则。
惠更斯的波动说
光是在充满整个空间的特殊介质“以太”中 传播的某种弹性波
惠更斯只是在前人的基础上进一步发展了光的波动理论 ,得到了著名的惠更斯原理.用这个原理他成功地推导出 反射定律和折射定律,此外还说明了冰洲石的双折射现 象.惠更斯发现了光的偏振现象.不过在那个年代因为牛 顿支持光的粒子学说,所以光的波动说没有被普遍接受. 直到19世纪杨氏双缝实验的成功,光的波动理论才开始 逐渐被人们接受.
牛顿在光学上的贡献
牛顿是这样认为的：光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子 流，发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流，一旦 这些光粒子进入人的眼睛，冲击视网膜，就引起了视觉，这就是光的微粒 说．牛顿用微粒说轻而易举地解释了光的直进、反射和折射现象．由于微 粒说通俗易懂，又能解释常见的一些光学现象，所以很快获得了人们的承 认和支持．
动是各子波在此产生的振动的叠加 .
由子波相干叠加得到在 P点的合振动为：
E
S
dE
C
S
K
(
)
dS r
cos(t
2 nr
)dS
光的反射
大学物理光学部分ppt
薄膜的最小厚度对应 k 0 ，所以 emin 4n
在镀膜工艺中，常把 ne 称为薄膜的光学厚度，镀膜时控 制厚度e，使膜的光学厚度等于入射光波长的1/4。
注意: 一定的膜厚只对应一定波长的单色光，照相机镜头常
取 550 n黄m绿光
来计算镀膜的厚度。在白光
下观看此薄膜的反射光，因缺少黄绿色光而表面呈蓝紫色。
相对光强 I E 2 E是电场强度振幅
2、光源
光 是原子或分子的运动
状态变化时辐射出来 大量处的于激发态的原子自发地 跃迁到低激发态或基态时就辐 射电磁波（光波）。
- 1.5 e V - 3.4 e V
波列
- 13.6 e V 氢原子的发光跃迁
原子发光的特性
间歇性 每个原子或分子的辐射是断续的、无规则的，每
1 m . 若第 1 级明纹到第 4 级明纹的距离为 7.5 mm ，求光波 波长。
解 d 0.2 mm
D 1m
x D
d
r2
P
s1
d
r1
o
s2
D
x 7.5 2.5 mm 3
所以 d x 500 nm
D
例2 用云母片（ n = 1.58 ）覆盖在杨氏双缝的一条缝上，
这时屏上的零级明纹移到原来的第 7 级明纹处。若光波波长 为 550 nm ，求云母片的厚度。
§10.1 光的相干性
1、光的电磁理论要点
光速
光波是电磁波, 电磁波在真空中的传播速度
c
1
00
, 介质中 v
c
r r
而
c n v
rr
可见光的波长范围
400 nm — 760 nm
1 nm =10-9 m
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（如萤火虫）
1、普通光源：自发辐射
“基态”的电子
光子
“激发态”的电子
• 原子模型
激发态
En
1
跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
2
P
Dt : 108 ~ 1010 s
DE 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.
单色光：具有单一频率的光波称为单色光。
§12-2 光源 单色光 相干光
一、光源
光源： 发光的物体
两大类光源： 普通光源 激光光源
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
（如白炽灯、弧光灯等）
电致发光：由电能直接转换为光能
（气体放电管、半导体发光二极管）
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
平面波
·
a·
·
t + Dt
·t · · · ·
·
·
·
·
·
·
·
· ·
球面波
·
2. 波的衍射
当波在传播过程中遇到障碍物时，其传播方向绕过障碍 物发生偏折的现象，称为波的衍射。
波在窄缝的衍射效应
几何光学 波动光学
量子光学现代光学
▪几何光学：以光的直线传播为基础，研究光在
透明介质中的传播问题。
▪内容：
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
结论： 对光干涉起决定作用的不是这两束光的几何
路程之差，而是两者的光程差。
➢光程的物理意义：
光程： nr
nr nut ct
光程是光在媒质中通过的路程折合到同 一时间内在真空中通过的相应路程。
➢费马定理：
光从空间的一点到另一点是沿着光程为最 短的路径传播。
3、等光程性
a
从物点到像点之间的 各条光线等光程
获得相干光的途径
分波面法
分振幅法
pS *
·p
S*
薄膜
三.光的叠加原理
光是电磁波 E
u
0
H
E
E0
cos (t
x) u
0
p
1 r1
·
· r2
1. 两列光波的叠加(只讨论电振动) ·
2
P: E 光矢量，令 1 2 E20
E0
E1 E10 cos( t 1 )
E2 E20 cos( t 2 )
·S
b
c
S
·
A
B
F
·
A
·
C
B
F
C
结论：透镜只能改变光的传播方向而不 会引起附加光程差
4、附加光程差（额外光程差） ：
1 n21
n1 < n2< n3
n2
无附加光程
n3
1
2 n1
n2
n3
n1 > n2< n3 有附加光程
' 2
结论：分振幅法实现干涉时须考虑由半波损失 引起的附加光程差,当介质折射率依次增大 或减小时无附加光程差
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败 也是伟大的，所以不要放弃，坚持 就是正确的。
▪波动光学：以光的波动性为基础，研究
光的传播及其规律。
▪内容： •干涉
•衍射 •偏振
•量子光学：以光和物质相互作用时所显示出
的粒子性为基础，来研究光的一 系列规律。
▪内容： ▪光和物质的相互作用规律
•现代光学：反映了光学进一步于各个科技
领域的紧密结合。
▪内容：
•激光、全息摄影、光纤维 •光学计算机、傅里叶光学 •红外技术、遥感、遥测等
2
E E1 E2 E0 cos(t )
1 E10
E02 E120 E220 2E10 E20 cos 2 1
A、 设同一媒质种两列相干光波
的波动方程分别为：
E1
E10
cos( t
10
2 r1
)
E2
E20
cos( t
20
2 r2
)
s1·
r1 r2
·
s2
p
·
D 20 10 2
r2 r1 2k
加强
D
20
10
2
r2 r1
2k
1
减弱
k 0,1, 2,
D
20
10
2
r2
r1
2k时
加强
D
20
10
2
r2
r1
2k
1
k 0,1, 2,
减弱
由于两列波由同一光束分解出来，因此 10= 20
p
r2 r1 k
r2 r1 (2k 1) 2
§11-7 惠更斯原理
S2 S1
新波阵面
原波阵面
障碍物的小孔成为新的波源
t
t+Dt
uDt
惠更斯原理：
媒质中波动传播到达的各点，都可以看作是 发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波 波面的包迹决定了原波动的新的波前。
子波波源
波前
子波
t 时刻波面 t +Dt 时刻波面
· ·
· 波传播方向
· ·
uDt
c
c
u1 n1 u2 n2 式中λ：光在 真空 中的波长
2、光程与光程差
D
2
n2r2
n1r1
n1
r1
P
定义： 光程： nr
n2
r2
干涉图
光程差： n2 r2 n1r1
k (2k
(k 0,1,2,) 加强
1) (k 0,1,2,)
2
E10+E20 明纹中心
|E10-E20 | 暗纹
强度
光谱曲线
I0
谱线宽度 D
I0
2
例：钠黄光（5893埃） 5890埃 5896埃
谱 线D2及其 宽 度D2 波长
复色光：不同频率单色光 的混合光称为复色光。
2. 激光光源：受激辐射
= (E2-E1)/h
E2
E1
二.光的相干性
•方向性好 •单色性好 •高亮度 •相干性好
➢ 频率相同 ➢ 振动方向相同 ➢ 相位差恒定
加强 减弱
s1·
r1 r2
·
·
k 0,1,2,
s2
结论：光干涉问题的关键在于计算波程差。
B、初相位为零两束相干光在两种不同媒质中
E1
E10
cos tLeabharlann r1 u1n1r1 P
E2
E 20
cos t
r2 u2
n2
r2
则相位差为：
D
r2 u2
r1 u1
c
n2r2
n1r1
2
n2r2 n1r1
1、普通光源：自发辐射
“基态”的电子
光子
“激发态”的电子
• 原子模型
激发态
En
1
跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
2
P
Dt : 108 ~ 1010 s
DE 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.
单色光：具有单一频率的光波称为单色光。
§12-2 光源 单色光 相干光
一、光源
光源： 发光的物体
两大类光源： 普通光源 激光光源
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
（如白炽灯、弧光灯等）
电致发光：由电能直接转换为光能
（气体放电管、半导体发光二极管）
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
平面波
·
a·
·
t + Dt
·t · · · ·
·
·
·
·
·
·
·
· ·
球面波
·
2. 波的衍射
当波在传播过程中遇到障碍物时，其传播方向绕过障碍 物发生偏折的现象，称为波的衍射。
波在窄缝的衍射效应
几何光学 波动光学
量子光学现代光学
▪几何光学：以光的直线传播为基础，研究光在
透明介质中的传播问题。
▪内容：
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
结论： 对光干涉起决定作用的不是这两束光的几何
路程之差，而是两者的光程差。
➢光程的物理意义：
光程： nr
nr nut ct
光程是光在媒质中通过的路程折合到同 一时间内在真空中通过的相应路程。
➢费马定理：
光从空间的一点到另一点是沿着光程为最 短的路径传播。
3、等光程性
a
从物点到像点之间的 各条光线等光程
获得相干光的途径
分波面法
分振幅法
pS *
·p
S*
薄膜
三.光的叠加原理
光是电磁波 E
u
0
H
E
E0
cos (t
x) u
0
p
1 r1
·
· r2
1. 两列光波的叠加(只讨论电振动) ·
2
P: E 光矢量，令 1 2 E20
E0
E1 E10 cos( t 1 )
E2 E20 cos( t 2 )
·S
b
c
S
·
A
B
F
·
A
·
C
B
F
C
结论：透镜只能改变光的传播方向而不 会引起附加光程差
4、附加光程差（额外光程差） ：
1 n21
n1 < n2< n3
n2
无附加光程
n3
1
2 n1
n2
n3
n1 > n2< n3 有附加光程
' 2
结论：分振幅法实现干涉时须考虑由半波损失 引起的附加光程差,当介质折射率依次增大 或减小时无附加光程差
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败 也是伟大的，所以不要放弃，坚持 就是正确的。
▪波动光学：以光的波动性为基础，研究
光的传播及其规律。
▪内容： •干涉
•衍射 •偏振
•量子光学：以光和物质相互作用时所显示出
的粒子性为基础，来研究光的一 系列规律。
▪内容： ▪光和物质的相互作用规律
•现代光学：反映了光学进一步于各个科技
领域的紧密结合。
▪内容：
•激光、全息摄影、光纤维 •光学计算机、傅里叶光学 •红外技术、遥感、遥测等
2
E E1 E2 E0 cos(t )
1 E10
E02 E120 E220 2E10 E20 cos 2 1
A、 设同一媒质种两列相干光波
的波动方程分别为：
E1
E10
cos( t
10
2 r1
)
E2
E20
cos( t
20
2 r2
)
s1·
r1 r2
·
s2
p
·
D 20 10 2
r2 r1 2k
加强
D
20
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2
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1
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k 0,1, 2,
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加强
D
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k 0,1, 2,
减弱
由于两列波由同一光束分解出来，因此 10= 20
p
r2 r1 k
r2 r1 (2k 1) 2
§11-7 惠更斯原理
S2 S1
新波阵面
原波阵面
障碍物的小孔成为新的波源
t
t+Dt
uDt
惠更斯原理：
媒质中波动传播到达的各点，都可以看作是 发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波 波面的包迹决定了原波动的新的波前。
子波波源
波前
子波
t 时刻波面 t +Dt 时刻波面
· ·
· 波传播方向
· ·
uDt
c
c
u1 n1 u2 n2 式中λ：光在 真空 中的波长
2、光程与光程差
D
2
n2r2
n1r1
n1
r1
P
定义： 光程： nr
n2
r2
干涉图
光程差： n2 r2 n1r1
k (2k
(k 0,1,2,) 加强
1) (k 0,1,2,)
2
E10+E20 明纹中心
|E10-E20 | 暗纹
强度
光谱曲线
I0
谱线宽度 D
I0
2
例：钠黄光（5893埃） 5890埃 5896埃
谱 线D2及其 宽 度D2 波长
复色光：不同频率单色光 的混合光称为复色光。
2. 激光光源：受激辐射
= (E2-E1)/h
E2
E1
二.光的相干性
•方向性好 •单色性好 •高亮度 •相干性好
➢ 频率相同 ➢ 振动方向相同 ➢ 相位差恒定
加强 减弱
s1·
r1 r2
·
·
k 0,1,2,
s2
结论：光干涉问题的关键在于计算波程差。
B、初相位为零两束相干光在两种不同媒质中
E1
E10
cos tLeabharlann r1 u1n1r1 P
E2
E 20
cos t
r2 u2
n2
r2
则相位差为：
D
r2 u2
r1 u1
c
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n1r1
2
n2r2 n1r1