光学教程 ppt课件
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《光学》PPT课件
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•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
沈括（1031～1095年） 培根（1214～1294年）
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
4
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
沈括（1031～1095年） 培根（1214～1294年）
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
4
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
《光学教程第一章》课件
《光学教程第一章》PPT 课件
光学教程第一章PPT课件
章节概述
光学基础知识
从光学的起源和发展，介绍光学的基本概念 和原理。
光的本质和特性
探索光的波粒二象性，频率和波长，速度以 及偏振。
光的传播和衍射
解读光的传播方式，直线传播，散射和吸收， 以及衍射现象。
光的折射和反射
揭示光的折射规律，全反射，反射规律，并 介绍实验。
3
光的速度
探索光在不同介质中传播时的速度变化。
4
光的偏振
讲解光的偏振现象及其在实际应用的意义。
光的传播和衍射
光的传播方式
详细介绍光是如何在空间中传播的。
光的散射和吸收
探讨光在遇到粗糙和杂乱表面时的散射和吸 收现象。
光的直线传播
解析光在均匀介质中直线传播的规律。
光的衍射现象
阐述光通过孔隙或障碍物时发生的衍射现象。
光的折射和反射
光的折射规律 光的全反射
光的反射规律 光的反射实验
介绍光在两个介质交界面发生折射时的规律。 探索光从光密介质射向光疏介质时发生的全反 射。 解析光在平面镜和曲面镜上的反射规律。 介绍一些简单的光的反射实验，如镜子实验。
光的干涉和衍射
光的干涉现象
阐述不同光波相互作用导致的干涉现象。
干涉的类型
光学基础知识
光的定义
详细讲解光的定义和相关概念。
光的属性
解析光的属性，如波动性和微粒性。
光的来源和产生
探索光的来源和产生，如自然光和人工光源。
光学实验
介绍一些基本的光学实验，如折射、反射和干涉。
光的本质和特性
1
光的波粒二象性
阐述光的波动性和微粒性的双重特性。
光学教程第一章PPT课件
章节概述
光学基础知识
从光学的起源和发展，介绍光学的基本概念 和原理。
光的本质和特性
探索光的波粒二象性，频率和波长，速度以 及偏振。
光的传播和衍射
解读光的传播方式，直线传播，散射和吸收， 以及衍射现象。
光的折射和反射
揭示光的折射规律，全反射，反射规律，并 介绍实验。
3
光的速度
探索光在不同介质中传播时的速度变化。
4
光的偏振
讲解光的偏振现象及其在实际应用的意义。
光的传播和衍射
光的传播方式
详细介绍光是如何在空间中传播的。
光的散射和吸收
探讨光在遇到粗糙和杂乱表面时的散射和吸 收现象。
光的直线传播
解析光在均匀介质中直线传播的规律。
光的衍射现象
阐述光通过孔隙或障碍物时发生的衍射现象。
光的折射和反射
光的折射规律 光的全反射
光的反射规律 光的反射实验
介绍光在两个介质交界面发生折射时的规律。 探索光从光密介质射向光疏介质时发生的全反 射。 解析光在平面镜和曲面镜上的反射规律。 介绍一些简单的光的反射实验，如镜子实验。
光的干涉和衍射
光的干涉现象
阐述不同光波相互作用导致的干涉现象。
干涉的类型
光学基础知识
光的定义
详细讲解光的定义和相关概念。
光的属性
解析光的属性，如波动性和微粒性。
光的来源和产生
探索光的来源和产生，如自然光和人工光源。
光学实验
介绍一些基本的光学实验，如折射、反射和干涉。
光的本质和特性
1
光的波粒二象性
阐述光的波动性和微粒性的双重特性。
《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
《光学教案》课件2
《光学教案》PPT课件第一章：光学简介1.1 光学的基本概念光的定义光的特性和传播1.2 光学的发展历史古代光学观念近现代光学发展1.3 光学的重要性和应用领域光的通信技术光学仪器和设备第二章：光的传播与反射2.1 光的传播光的传播方式光的传播速度2.2 平面镜反射反射定律反射图像的特点2.3 球面镜反射球面镜的类型球面镜的焦点和焦距第三章：光的折射与透镜3.1 光的折射现象折射定律折射图像的规律3.2 透镜的分类和性质凸透镜凹透镜3.3 透镜的应用放大镜和望远镜照相机和投影仪第四章：光的波动性4.1 光的干涉现象干涉的原理和条件双缝干涉实验4.2 光的衍射现象衍射的原理和条件单缝衍射和圆孔衍射4.3 光的偏振现象偏振的原理和条件偏振光的性质和应用第五章：现代光学技术5.1 激光技术激光的原理和特性激光的应用领域5.2 光纤通信技术光纤的原理和结构光纤通信的优点和应用5.3 光学仪器和设备望远镜和显微镜光学传感器和探测器第六章：色彩与光的混合6.1 色彩的基本理论色彩的三个基本属性色彩的混合原理6.2 光的加色混合加色混合的规律电视和计算机屏幕的显示原理6.3 光的减色混合减色混合的规律印刷和染色的应用第七章：光的量子性7.1 光的粒子性质光量子假说光电效应和光的粒子性7.2 光的波粒二象性波粒二象性的实验证明量子力学与光的性质7.3 量子光学的基本概念量子态量子纠缠和量子超位置第八章：光学传感器与光电子技术8.1 光学传感器的基本原理光电效应和光敏元件光传感器的应用领域8.2 光电子技术的应用光电池和太阳能电池光开关和光调制器8.3 光通信技术的发展光导纤维的传输原理光网络和全光通信系统第九章：光学在生物医学中的应用9.1 显微镜和荧光显微镜显微镜的原理和种类荧光显微镜在生物学研究中的应用9.2 激光在医学中的应用激光手术和激光治疗激光诊断和激光医疗设备9.3 光学成像技术X射线计算机断层扫描（CT）磁共振成像（MRI）和光学成像的结合第十章：光学实验与探索10.1 光学实验的基本设备和技巧光学仪器的组装和调节光学实验的安全注意事项10.2 经典光学实验干涉实验和衍射实验折射和反射实验10.3 现代光学实验技术激光实验和光纤实验光学传感器和光电子实验重点和难点解析一、光的传播与反射：反射定律的理解和应用，以及反射图像的特点。
《光学教程》第四版_姚启钧原著 ppt课件
19
1808年马吕斯偶然发现光在两 种介质界面上反射时的偏振现象。 随后菲涅耳和阿拉果对光的偏振现 象和偏振光的干涉进行了研究。
1845年法拉第揭示了光学现 象和电磁现象的内在联系。麦克斯 韦在1865年的理论研究说明光是一 种电磁现象。这个理论在1888年被 赫兹的实验所证实。至此，确立了 光的电磁理论。
22
1900年，普郎克提出了量子假设，认为 各种频率的电磁波，只能像微粒似的以一定 最小份额的能量发生，正比于频率，而解决 了这个难题。另一个显示光的微粒性的重要 发现是光电效应，即光照射在金属表面会使 电子逸出，逸出的电子与光的强度无关，而 与光的频率有关。1905年，爱因斯坦建立 了光的量子理论，成功的解释了这个问题。 不仅如此，爱因斯坦还指出经典理论只适用 于速度远小于光速的情况，爱因斯坦的理论 还彻底的抛弃了“以太”。
13
希腊的欧几里得（公元前300—275） 也曾在书中记录：我们假想光是以直线 进行的，在线与线之间还留出一些空隙 来，光线自物体到人眼成为一锥体，锥 顶在人眼，锥底在物体，只有被光碰到 的东西才给我们看见，没有碰上的东西 就看不见了。这段记录给出了光的直线 传播性质，但错误的认为从人眼向被看 见的物体伸展着某些类似触须似的东西。
8
二、光学的重要性
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
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函数、 傅氏变换——普通光学实验、 近代光学实验、现代光学实验等
9
三、光学的研究方法
实践----假说----理论----实践
18
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。
1808年马吕斯偶然发现光在两 种介质界面上反射时的偏振现象。 随后菲涅耳和阿拉果对光的偏振现 象和偏振光的干涉进行了研究。
1845年法拉第揭示了光学现 象和电磁现象的内在联系。麦克斯 韦在1865年的理论研究说明光是一 种电磁现象。这个理论在1888年被 赫兹的实验所证实。至此，确立了 光的电磁理论。
22
1900年，普郎克提出了量子假设，认为 各种频率的电磁波，只能像微粒似的以一定 最小份额的能量发生，正比于频率，而解决 了这个难题。另一个显示光的微粒性的重要 发现是光电效应，即光照射在金属表面会使 电子逸出，逸出的电子与光的强度无关，而 与光的频率有关。1905年，爱因斯坦建立 了光的量子理论，成功的解释了这个问题。 不仅如此，爱因斯坦还指出经典理论只适用 于速度远小于光速的情况，爱因斯坦的理论 还彻底的抛弃了“以太”。
13
希腊的欧几里得（公元前300—275） 也曾在书中记录：我们假想光是以直线 进行的，在线与线之间还留出一些空隙 来，光线自物体到人眼成为一锥体，锥 顶在人眼，锥底在物体，只有被光碰到 的东西才给我们看见，没有碰上的东西 就看不见了。这段记录给出了光的直线 传播性质，但错误的认为从人眼向被看 见的物体伸展着某些类似触须似的东西。
8
二、光学的重要性
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
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函数、 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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三、光学的研究方法
实践----假说----理论----实践
18
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。
光学的课堂教学课件PPT
普朗克公式
为了解释黑体辐射的实验结果，普朗克提出了一个假设，即 能量不是连续的，而是以离散的“量子”形式存在。他推导 出了一个公式来描述黑体辐射的光谱分布，该公式与实验结 果非常吻合。
光电效应与爱因斯坦方程
光电效应
当光照射在物质上时，物质会吸收光子的能量并释放出电子，这种现象被称为 光电效应。
爱因斯坦方程
激光器及其工作原理。
激光的应用
概述激光在科研、工业、医疗 等领域的应用，如激光切割、
激光打印、激光治疗等。
光纤通信原理与技术
光纤通信的基本原理
解释光纤通信中光的传输原理 ，包括光的全反射、光纤的波
导特性等。
光纤通信系统的组成
介绍光纤通信系统的基本构成 ，包括光源、光检测器、光纤 等部分。
光纤通信的关键技术
实验器材
光源、光屏、透镜、测量尺。
实验一：测量透镜焦距
实验步骤
1. 将光源、透镜、光屏依次放置在同一直线上。
2. 调整光源和光屏的位置，使得光源发出的光经过透镜后能在光屏上形成清晰的像 。
实验一：测量透镜焦距
01
3. 测量光源到透镜的距离u和透 镜到光屏的距离v。
02
4. 利用成像公式1/u + 1/v = 1/f 计算透镜的焦距f。
透镜成像原理
透镜的种类
透镜的应用
透镜分为凸透镜和凹透镜两种，它们 对光线有不同的会聚或发散作用。
透镜在日常生活和科技领域中有广泛 应用，如眼镜、相机镜头等。
透镜成像规律
物体通过透镜成像遵循一定的规律， 如物距、像距与焦距之间的关系等。
眼睛与视觉系统
眼睛的结构
眼睛主要由角膜、虹膜、晶状体 、视网膜等部分组成，它们共同
为了解释黑体辐射的实验结果，普朗克提出了一个假设，即 能量不是连续的，而是以离散的“量子”形式存在。他推导 出了一个公式来描述黑体辐射的光谱分布，该公式与实验结 果非常吻合。
光电效应与爱因斯坦方程
光电效应
当光照射在物质上时，物质会吸收光子的能量并释放出电子，这种现象被称为 光电效应。
爱因斯坦方程
激光器及其工作原理。
激光的应用
概述激光在科研、工业、医疗 等领域的应用，如激光切割、
激光打印、激光治疗等。
光纤通信原理与技术
光纤通信的基本原理
解释光纤通信中光的传输原理 ，包括光的全反射、光纤的波
导特性等。
光纤通信系统的组成
介绍光纤通信系统的基本构成 ，包括光源、光检测器、光纤 等部分。
光纤通信的关键技术
实验器材
光源、光屏、透镜、测量尺。
实验一：测量透镜焦距
实验步骤
1. 将光源、透镜、光屏依次放置在同一直线上。
2. 调整光源和光屏的位置，使得光源发出的光经过透镜后能在光屏上形成清晰的像 。
实验一：测量透镜焦距
01
3. 测量光源到透镜的距离u和透 镜到光屏的距离v。
02
4. 利用成像公式1/u + 1/v = 1/f 计算透镜的焦距f。
透镜成像原理
透镜的种类
透镜的应用
透镜分为凸透镜和凹透镜两种，它们 对光线有不同的会聚或发散作用。
透镜在日常生活和科技领域中有广泛 应用，如眼镜、相机镜头等。
透镜成像规律
物体通过透镜成像遵循一定的规律， 如物距、像距与焦距之间的关系等。
眼睛与视觉系统
眼睛的结构
眼睛主要由角膜、虹膜、晶状体 、视网膜等部分组成，它们共同
《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。
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[美]机载激光系统
•近年又产生了付立叶光学和非线性光学。 •付立叶光学：将数学中的付立叶变换和通讯中的线性系 统理论引入光学。
§1-1 光的电磁理论
一、光的电磁理论 按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场会产生变化 的磁场，这个变化的磁场又产生变化的电场，这样变化 的电场和变化的磁场不断地相互激发并由近及远地传播 形成电磁波。
•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
三、波动光学时期
• 1801年，托马斯· 杨做出了光的双缝干涉实验 • 1808年，马吕发现了光在两种介质界面上反射时的偏振性。
托马斯· 杨
பைடு நூலகம்
惠更斯
牛顿
• 1815年，菲涅耳提出了惠更斯——菲涅耳原理 • 1845年，法拉弟发现了光的振动面在强磁场中的旋转，揭 示了光现象和电磁现象的内在联系。 • 1865年，麦克斯韦提出，光波就是一种电磁波 通过以上研究，人们确信光是一种波动。
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧 几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
红 橙 黄 绿 青 蓝 紫
760nm~630nm 630nm~590nm 590nm~570nm 570nm~500nm 500nm~460nm 460nm~430nm 430nm~400nm
光在不同媒质中传播时，频率不变，波 长和传播速度变小。 折射率 n = c = ε μ r r
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激光应用
激光在科研、工业、医疗等领域具有 广泛应用，如激光切割、激光焊接、 激光雷达、激光光谱等。
06
现代光学技术
全息技术
全息技术是一种记录并再现光的 干涉图样的技术，广泛应用于信 息存储、光学仪器、光学传感等
领域。Biblioteka 全息技术的基本原理是利用光的 干涉和衍射现象，将三维物体发 出的光波前记录下来，并在需要
大学光学课件
目 录
• 光学导论 • 几何光学 • 波动光学 • 光与物质的相互作用 • 光电子学 • 现代光学技术
01
光学导论
光的基本性质
01
02
03
光的波动性
光是一种电磁波，具有振 幅、频率和相位等波动性 质。
光的粒子性
光同时具有粒子特性，可 以表现出光电效应等量子 现象。
光的相干性
同一束光的不同部分在相 遇时能够产生干涉效应。
光的传播
光的直线传播
在均匀介质中，光沿直线 传播。
光的折射
光在两种不同介质的交界 处会发生方向改变。
光的反射
光在遇到光滑表面时会发 生反射。
光的干涉与衍射
光的干涉
两束或多束相干光波相遇时，会 因相位差异产生加强或减弱的现 象。
光的衍射
光波遇到障碍物或孔隙时，会绕 过障碍物或孔隙传播的现象。
02
光的偏振
光波的振动方向在垂直于传播方 向的平面上是唯一的。
光的干涉
干涉现象
两束或多束相干光波在空间相遇时，会因为相位 差而产生加强或减弱的现象。
干涉条件
相干光波、有恒定的相位差、有相同的频率。
干涉图样
明暗相间的条纹，与光波的振幅、相位、频率有 关。
光的衍射
激光在科研、工业、医疗等领域具有 广泛应用，如激光切割、激光焊接、 激光雷达、激光光谱等。
06
现代光学技术
全息技术
全息技术是一种记录并再现光的 干涉图样的技术，广泛应用于信 息存储、光学仪器、光学传感等
领域。Biblioteka 全息技术的基本原理是利用光的 干涉和衍射现象，将三维物体发 出的光波前记录下来，并在需要
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目 录
• 光学导论 • 几何光学 • 波动光学 • 光与物质的相互作用 • 光电子学 • 现代光学技术
01
光学导论
光的基本性质
01
02
03
光的波动性
光是一种电磁波，具有振 幅、频率和相位等波动性 质。
光的粒子性
光同时具有粒子特性，可 以表现出光电效应等量子 现象。
光的相干性
同一束光的不同部分在相 遇时能够产生干涉效应。
光的传播
光的直线传播
在均匀介质中，光沿直线 传播。
光的折射
光在两种不同介质的交界 处会发生方向改变。
光的反射
光在遇到光滑表面时会发 生反射。
光的干涉与衍射
光的干涉
两束或多束相干光波相遇时，会 因相位差异产生加强或减弱的现 象。
光的衍射
光波遇到障碍物或孔隙时，会绕 过障碍物或孔隙传播的现象。
02
光的偏振
光波的振动方向在垂直于传播方 向的平面上是唯一的。
光的干涉
干涉现象
两束或多束相干光波在空间相遇时，会因为相位 差而产生加强或减弱的现象。
干涉条件
相干光波、有恒定的相位差、有相同的频率。
干涉图样
明暗相间的条纹，与光波的振幅、相位、频率有 关。
光的衍射
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
光学教程-第一章总结PPT课件
光在垂直入射（i =0）或者掠入射（i =90°）的情况下，如果光是从光疏媒 质传向光密媒质，在其分界面上反射时将发生半波损失。 折射波无半波损失
n1 n2
n2 n1 或者 n2 n1 有半波损失
n1
n1 n2
nn13
n2 n2
或者
nn13
n2 n2
有半波损失
n3
n3 n2 n1 或者 n3 n2 n1
两个同振动方向同频率的振动叠加
E1 A1 cos(t-k1r1 1) E2 A2 cos(t-k2r2 2 )
1 = k1r1 1 2 = k2r2 2
干涉相长
2
1
k1r1
k2r2 =
2 0
n1r1
2 0
n2r2
2
j
( j 0,1, 2L )
光程差
n1r1
n2r2
2
j
0
2
( j 0,1, 2L )
干涉相消
2
1
k1r1
k2r2 =
2 0
n1r1
2 0
n2r2
（2
j+1）
( j 0,1, 2L )
光程差
n1r1
n2r2
（.2
j +1）0
2
( j 0,1, 2L ) 1
等倾干涉
n2 n1
1
L 2
P
i1 D
3
M1 n1 n2
Ai 2 i
C
d
M2 n1
2
B
E
45
光程差
0 2d0
n22 n12 sin2 2d0n2 cos i2
等倾干涉 .
等厚干涉 6
n1 n2
n2 n1 或者 n2 n1 有半波损失
n1
n1 n2
nn13
n2 n2
或者
nn13
n2 n2
有半波损失
n3
n3 n2 n1 或者 n3 n2 n1
两个同振动方向同频率的振动叠加
E1 A1 cos(t-k1r1 1) E2 A2 cos(t-k2r2 2 )
1 = k1r1 1 2 = k2r2 2
干涉相长
2
1
k1r1
k2r2 =
2 0
n1r1
2 0
n2r2
2
j
( j 0,1, 2L )
光程差
n1r1
n2r2
2
j
0
2
( j 0,1, 2L )
干涉相消
2
1
k1r1
k2r2 =
2 0
n1r1
2 0
n2r2
（2
j+1）
( j 0,1, 2L )
光程差
n1r1
n2r2
（.2
j +1）0
2
( j 0,1, 2L ) 1
等倾干涉
n2 n1
1
L 2
P
i1 D
3
M1 n1 n2
Ai 2 i
C
d
M2 n1
2
B
E
45
光程差
0 2d0
n22 n12 sin2 2d0n2 cos i2
等倾干涉 .
等厚干涉 6
光学精品PPT教学课件
变大
23
光的衍射
2020年10月2日
24
水波的传播
S
2020年10月2日
25
水波的衍射
S1
2020年10月2日
26
光的直线传播
S
2020年10月2日
27
光的衍射
S
2020年10月2日
28
2020年10月2日
29
光的衍射
光离开直线传播路径绕
到障碍物阴影里去的现象。
衍射时产生的明暗条纹叫衍
条纹间距: x =l/d
2020年10月2日
8
双缝干涉的条纹间距
条纹间距： X=L / d
测X、L、 d→
2020年10月2日
9
双缝干涉的条纹间距
1.增大双缝间的距离， 2.增条S大纹像S间1屏距到d双_减_缝_小的_ 距离，
条纹间S2距增___大_
3. 增大光的波L长，
条纹间距_增__大_
2020年10月2日
标准面
ab 空气薄膜
2020年10月2日
被测面
b a
19
巩固1
【C】
图中所示是用干涉法检查某块厚玻璃板
的上表面是否平的装置.所用单色光是用
普通光源加滤光片产生的.检查中所观察
到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射
的光线叠加而成的?
A. a的上表面和b的下表面
B. a的上表面和b的上表面
C. a的下表面和b的上表面
劈形空气薄膜后，从
上往下观察到的干涉条纹
A．变疏 C．不变 2020年10月2日
B．变密 D．消失
【A】
21
增透膜
照相机镜头上涂有一层增透膜,增强了绿
光学教程-总结ppt课件
U f2
f 2
聚光本领
物镜的聚光本领是描述物镜聚集光通量能力的物理量，可以 用象面的照度来量度。
分辨本领
瑞利判据：总照度分布曲线中央有下凹部分，其对应强度不超过每 一分布曲线最大值的74%，当一个中央亮斑的最大值位置恰和另一个中 央亮斑的最小值位置相重合时，两个像点刚好能被分辨。
36
第四章 光学仪器的基本原理
32
第三章 几何光学基本原理
球面折射对光束单心性的破坏
n
l P
A
n
l P
Or C
s
s
B
近轴光线条件下球面折射的物像公式
n n n n s s r
33
第三章 几何光学基本原理
横向放大率
在近轴光线和近轴物
Q
的条件下，垂直于主轴的 y
物所成的像仍然是垂直于
P
O
主轴的，像的横向大小与 物的大小之比值为横向放
棱镜
棱镜是一种常见的光学元件，它的主要用途有两种：作为色散 元件和利用光的棱镜内的全反射来改变光束的方向，即转向元件。
棱镜材料的折射率为：
n
sin i1
sin
0
2
A
sin i2
sin A
2
30
第三章 几何光学基本原理
符号法则
球面的中心点O称为顶 点，球面的球心C称为 曲率中心，球面的半径 称为曲率半径，连接顶 点和曲率中心的直线CO 称为主轴，通过主轴的 平面称为主平面。主轴 对于所有主平面具有对 称性。
u
sin2 N(d sin
sin2(d sin )
)
I0
s in 2 u2
u
sin2 Nv sin2 v
精品物理光学PPT课件(完整版)
实验装置
激光源、双缝、屏幕。
实验现象
在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。
理论分析
通过双缝的光波在屏幕上叠加，形成干涉图样。根据干涉条件，可推 导出条纹间距与光源波长、双缝间距及屏幕距离的关系。
薄膜干涉原理及应用
01
薄膜干涉
光波在薄膜前后表面反射后叠加形成的干涉现象。
02 03
原理分析
光波在薄膜前后表面反射时，相位发生变化，当光程差为半波长的奇数 倍时，反射光相互加强，形成亮纹；当光程差为半波长的偶数倍时，反 射光相互减弱，形成暗纹。
光的偏振现象
光波是横波，其振动方向 垂直于传播方向。通过偏 振片可以观察到光的偏振 现象。
几何光学基本概念
光线和光束
光线表示光传播的路径和 方向，光束是由无数条光 线组成的集合。
光的反射和折射
光在两种不同介质的交界 面上会发生反射和折射现 象，遵循反射定律和折射 定律。
透镜成像
透镜是一种光学元件，可 以改变光线的传播方向。 通过透镜可以形成实像或 虚像。
光的色散
色散是指复色光分解为单色光的现象 。牛顿的棱镜实验揭示了光的色散现 象。
02
光的干涉现象
干涉现象及其条件
干涉现象
干涉图样
两列或多列光波在空间某些区域相遇 时，光强在空间重新分布的现象。
明暗相间的条纹，反映了光波的振幅 和相位信息。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同 、相位差恒定。
双缝干涉实验分析
量子光学应用与前景
列举量子光学在量子通信、量子计算、量子精密测量等领域的应 用，以及未来可能的发展趋势和挑战。
06
实验方法与技巧指导
基本实验仪器使用说明
分光计
激光源、双缝、屏幕。
实验现象
在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。
理论分析
通过双缝的光波在屏幕上叠加，形成干涉图样。根据干涉条件，可推 导出条纹间距与光源波长、双缝间距及屏幕距离的关系。
薄膜干涉原理及应用
01
薄膜干涉
光波在薄膜前后表面反射后叠加形成的干涉现象。
02 03
原理分析
光波在薄膜前后表面反射时，相位发生变化，当光程差为半波长的奇数 倍时，反射光相互加强，形成亮纹；当光程差为半波长的偶数倍时，反 射光相互减弱，形成暗纹。
光的偏振现象
光波是横波，其振动方向 垂直于传播方向。通过偏 振片可以观察到光的偏振 现象。
几何光学基本概念
光线和光束
光线表示光传播的路径和 方向，光束是由无数条光 线组成的集合。
光的反射和折射
光在两种不同介质的交界 面上会发生反射和折射现 象，遵循反射定律和折射 定律。
透镜成像
透镜是一种光学元件，可 以改变光线的传播方向。 通过透镜可以形成实像或 虚像。
光的色散
色散是指复色光分解为单色光的现象 。牛顿的棱镜实验揭示了光的色散现 象。
02
光的干涉现象
干涉现象及其条件
干涉现象
干涉图样
两列或多列光波在空间某些区域相遇 时，光强在空间重新分布的现象。
明暗相间的条纹，反映了光波的振幅 和相位信息。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同 、相位差恒定。
双缝干涉实验分析
量子光学应用与前景
列举量子光学在量子通信、量子计算、量子精密测量等领域的应 用，以及未来可能的发展趋势和挑战。
06
实验方法与技巧指导
基本实验仪器使用说明
分光计
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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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱP’坐标
A 1(x1,0), A2(x2,0)
p(o,y),p 1(o,y1),p2(o,y2)
x
y(n12 n22
1)tg3i1
3
yyn2
平面折射系统不是理想光学系统 n1
合分别称为实物、虚物、实像、虚像。
21
实物光线进入人眼
实像光线进入人眼
虚像光线进入人眼
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 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。
P’
光程为极小值
光传播的可逆性原理
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。
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
像空间（像方）： 像所在的空间。
I
II
A
A’
A’’
23
四 单心光束 实像和虚像
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
3
yyn2 n1
1(nn12)2tg2i12
·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
i2
C
29
三、全反射 光波导
光从光密(n1） 光疏(n2）时，
A
A Bnds极值（极小值、 、恒 极定 大 11 值 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。
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'
A1 A2
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。
PA iA iP'常 数
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
16
三、 费马原理
3. 光程为极大值
M
P
A 1 A2
A
' 2
M
P’
Fermat原理
M
P
A1
A
' 2
M
A2
1(nn12)2tg2i1272
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。
（2）i若1越n大1 <，n象2,则散y越 >严y重,像。似深度增大。y y = tgi
x y(nn1222 1)tg3i1
（2）光的反射定律
1
1’
O
7
二、几何光学的基本实验定律
（3）光的折射定律
1
1’
O
2
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
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）
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。
2
第三章
3.1 几何光学基本概念和定律 费马原理
3
一、光线和波面
波面
光线
波面
光线
球面波 光束：光线的集合
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
5
二、几何光学的基本实验定律
• 投影(shadow) • 针孔成像(pinhole imaging)
6
二、几何光学的基本实验定律
i1 ＝ic i2 ＝90， n1 sinic ＝n2
点光源
i
s in 1
n 2
c
.
n 1
—— 临界角
全反射
n1
ic
n2
30
三、全反射 光波导
n1
cos(kxxx)
n2
n2
0
exp[2x]
a
exp[1(xa) ]
倏逝波，表面波 31
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：
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.
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
ii0arcsin(n10 n12n22)
现代光学
第三章 几何光学的基本原理
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
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
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
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
ADB<AD’B
i1=i2
由A到B点,符合反射定律,
其光程最小。
13
三、 费马原理
(3) 折射定律
A
h1
i1
A’
C
x
B’ n1 n2
i2
h2
a
D
B
A
O A’ C’
C’’ B’ O’
B
由A到B,符合折射定律的 光线ACB的光程最小。
n1sini1n2sini2 14
三、 费马原理
2. 等光程的例子
－“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）
32
三、全反射 光波导
平板波导
n3 n1 n2
33
三、全反射 光波导
矩形波导
脊型波导 条形波导
34
三、全反射 光波导
（二）光纤
光学纤维