现代光学(2).ppt
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《大学物理光学》PPT课件(2024)
16
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 研究光电效应、康普顿效应等 现象表明光具有粒子性， 即光量子（光子）。
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。在 不同条件下，光表现出不 同的性质。
4
光的传播速度与介质关系
真空中的光速
在真空中，光的传播速度最快，约为 3×10^8 m/s。
光速与波长、频率的关系
2024/1/30
24
光学存储技术原理及应用
光学存储技术的分类
只读型、一次写入型和可重写型
光学存储技术的原理
利用激光束在存储介质上形成微小坑点来记录信息
光学存储技术的应用
数字音频、视频、图像和计算机数据的存储
2024/1/30
光学存储技术的优缺点及发展前景
容量大、保存时间长，但读写速度相对较慢
25
应用
透镜广泛应用于摄影、望远镜、 显微镜等光学仪器中，用于实现 物体的放大、缩小和成像等功能 。
10
反射镜成像原理及应用
成像原理
反射镜通过反射光线来改变光线的传 播方向，从而形成像。反射镜的成像 规律遵循光的反射定律和光路可逆原 理。
应用
反射镜广泛应用于天文望远镜、激光 测距仪、光学干涉仪等光学系统中， 用于实现光线的反射、聚焦和成像等 功能。
光学传感器种类及工作原理
光学传感器的分类
光电传感器、光纤传感器、光谱传感器等
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 研究光电效应、康普顿效应等 现象表明光具有粒子性， 即光量子（光子）。
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。在 不同条件下，光表现出不 同的性质。
4
光的传播速度与介质关系
真空中的光速
在真空中，光的传播速度最快，约为 3×10^8 m/s。
光速与波长、频率的关系
2024/1/30
24
光学存储技术原理及应用
光学存储技术的分类
只读型、一次写入型和可重写型
光学存储技术的原理
利用激光束在存储介质上形成微小坑点来记录信息
光学存储技术的应用
数字音频、视频、图像和计算机数据的存储
2024/1/30
光学存储技术的优缺点及发展前景
容量大、保存时间长，但读写速度相对较慢
25
应用
透镜广泛应用于摄影、望远镜、 显微镜等光学仪器中，用于实现 物体的放大、缩小和成像等功能 。
10
反射镜成像原理及应用
成像原理
反射镜通过反射光线来改变光线的传 播方向，从而形成像。反射镜的成像 规律遵循光的反射定律和光路可逆原 理。
应用
反射镜广泛应用于天文望远镜、激光 测距仪、光学干涉仪等光学系统中， 用于实现光线的反射、聚焦和成像等 功能。
光学传感器种类及工作原理
光学传感器的分类
光电传感器、光纤传感器、光谱传感器等
现代光学分析：第2章 双(三)波长分光光度法
①.在双峰双波长位置有最大吸光度差值 公式
∆A= A2 –(-A1)= A2 + A1
②.双波长法可以提高分析校准曲线斜率
提高灵敏度原因:
以二甲苯胺蓝Ⅱ测定镁为例, ①.1线和3线斜率相同,仅参比溶液不 同,当1线减去固定试剂空白的吸光度 值得3线. ②.2线是以相应过剩显色剂作参比测 定结果,既1线减4可得2线. ③.2线与3线相比,2线的斜率大大高 于3线.
双组分的测定-（1）等吸收法
对于双组分体系中某一组分的测定,实质上在测定任一组分 时,要选择两个合适的波长,使另一组分在这两个波长处具有 相等的吸光度,以达到消除干扰的效果.
对于含有吸收光谱相互重叠的 A,B组分来说,选择波长必须考 虑两个条件:
①.B组分在 两个波长处 具有相同的 吸光度,即
ΔAB=0
如果选择合适的波长使As`A s``，通过吸收池的两道光束的 光信号差：
-log I2 = A2 -A1=A I1
A=( a2 -a1)bc
双波长测定方法-（1）等吸收点法
等吸收点:指在某一波长上的吸光度 不随浓度的变化而发生改变.
如果吸光物质在不同浓度的吸收曲线 有若干个等吸收点,可以选择其中一 个等吸收点处的波长作为参比波长 （1），与吸收物质的吸收峰波长 （2 ）组合。
三波长法中三个波长的选择——等吸收点法和计算法
等吸收点法
如果在干扰组分的吸收光谱上能找到三个 等吸收点,而且在此三波长处测得的待测组 分ΔA值较大.
如选择的三个波长相应于干扰物吸收曲线上三点处于 一条直线上,则测得干扰物的ΔA为0.
当干扰组分的吸收曲线 为一直线(如浑浊产生的 干扰, 右图),则在任选的 三个波长处测定,测得的 ΔA与干扰物浓度无关.
∆A= A2 –(-A1)= A2 + A1
②.双波长法可以提高分析校准曲线斜率
提高灵敏度原因:
以二甲苯胺蓝Ⅱ测定镁为例, ①.1线和3线斜率相同,仅参比溶液不 同,当1线减去固定试剂空白的吸光度 值得3线. ②.2线是以相应过剩显色剂作参比测 定结果,既1线减4可得2线. ③.2线与3线相比,2线的斜率大大高 于3线.
双组分的测定-（1）等吸收法
对于双组分体系中某一组分的测定,实质上在测定任一组分 时,要选择两个合适的波长,使另一组分在这两个波长处具有 相等的吸光度,以达到消除干扰的效果.
对于含有吸收光谱相互重叠的 A,B组分来说,选择波长必须考 虑两个条件:
①.B组分在 两个波长处 具有相同的 吸光度,即
ΔAB=0
如果选择合适的波长使As`A s``，通过吸收池的两道光束的 光信号差：
-log I2 = A2 -A1=A I1
A=( a2 -a1)bc
双波长测定方法-（1）等吸收点法
等吸收点:指在某一波长上的吸光度 不随浓度的变化而发生改变.
如果吸光物质在不同浓度的吸收曲线 有若干个等吸收点,可以选择其中一 个等吸收点处的波长作为参比波长 （1），与吸收物质的吸收峰波长 （2 ）组合。
三波长法中三个波长的选择——等吸收点法和计算法
等吸收点法
如果在干扰组分的吸收光谱上能找到三个 等吸收点,而且在此三波长处测得的待测组 分ΔA值较大.
如选择的三个波长相应于干扰物吸收曲线上三点处于 一条直线上,则测得干扰物的ΔA为0.
当干扰组分的吸收曲线 为一直线(如浑浊产生的 干扰, 右图),则在任选的 三个波长处测定,测得的 ΔA与干扰物浓度无关.
《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
现代光学基础课件：第二章 光的衍射
如图，O点为点光源，圆孔半径为Rh，S为光通过圆孔时的 波面。设圆孔包含有k个整数半波带。
Rhk Rh
Rh2k rk2 (r0 h)2
rk2 r02 2r0h h2 O
lR
s Bk k
Rh
h B0
rk
r0
P
由于h<<r0
Rh2k rk2 r02 2r0h (1)
Rh2k rk2 r02 2r0h (1)
面积，且与倾角 有关。 4 次波在p点的相位，由光程 nr 决定
§2.2 惠更斯—菲涅耳原理
二、惠更斯－菲涅耳原理
ds处发出的子波对P 点的贡献为dE(P),正
比于：
Q处面元大小 ds
倾斜因子 Q处发出的子波到达P点的光振幅 ei kr t
Q处的光场振幅分布函数A(Q)
r
11
§2.2 惠更斯—菲涅耳原理
二、合振幅的计算
以a1、a2、a3、…分别表 示各半波带发出的次波在 P点所产生的振幅。
P点叠加的合振幅Ak为：
Ak a1 a2 a3 a4 a5 ....... (1)k1ak
§2.3 菲涅耳半波带
S 2 R2 (1 cos)
cos R2 (R r0 )2 rk2
2R(R r0 ) 将上列两式分别微分
又因为
O
rk2
r02
(r0
k
)2
2
r02
lR
s Bk k
Rh h B0
rk
r0
P
k r0 (2)
Rh2k R2 (R h)2 2Rh (3)
一、菲涅耳半波带
S
R
O
rk=r0+k(λ/2)
B3
Rhk Rh
Rh2k rk2 (r0 h)2
rk2 r02 2r0h h2 O
lR
s Bk k
Rh
h B0
rk
r0
P
由于h<<r0
Rh2k rk2 r02 2r0h (1)
Rh2k rk2 r02 2r0h (1)
面积，且与倾角 有关。 4 次波在p点的相位，由光程 nr 决定
§2.2 惠更斯—菲涅耳原理
二、惠更斯－菲涅耳原理
ds处发出的子波对P 点的贡献为dE(P),正
比于：
Q处面元大小 ds
倾斜因子 Q处发出的子波到达P点的光振幅 ei kr t
Q处的光场振幅分布函数A(Q)
r
11
§2.2 惠更斯—菲涅耳原理
二、合振幅的计算
以a1、a2、a3、…分别表 示各半波带发出的次波在 P点所产生的振幅。
P点叠加的合振幅Ak为：
Ak a1 a2 a3 a4 a5 ....... (1)k1ak
§2.3 菲涅耳半波带
S 2 R2 (1 cos)
cos R2 (R r0 )2 rk2
2R(R r0 ) 将上列两式分别微分
又因为
O
rk2
r02
(r0
k
)2
2
r02
lR
s Bk k
Rh h B0
rk
r0
P
k r0 (2)
Rh2k R2 (R h)2 2Rh (3)
一、菲涅耳半波带
S
R
O
rk=r0+k(λ/2)
B3
现代光学(刘继芳)(第二版)1-3章 (2)
39
第2章 线性系统概论
以上结论推广到n个线性不变系统组成的串联系统，其
传递函数、调制传递函数和相位传递函数分别为
(2.3-3)
40
第2章 线性系统概论 2. 并联系统 图2.3-2所示为两个独立的线性不变系统的并联系统，
两独立系统的传递函数分别为
41
第2章 线性系统概论
图 2.3-2 并联复合系统示意图 42
状不变，其输出函数位置仅产生相同的移动，则称该系统为 位移不变系统，即若
L｛f(x)｝=g(x)
则
L｛f(x－x0)｝=g(x－x0)
(2.1-7)
式中: x0为实常数。
7
第2章 线性系统概论 一个系统既是线性的，又是位移不变的，则称为线性位
移不变系统，简称为线性不变系统。该系统用算符表示为
(2.1-8)
式中: x1和x2为实常数。
8
第2章 线性系统概论
2.2 线性系统分析方法
2.2.1 线性系统对基元函数的响应 1. 脉冲响应
当系统的输入是一个用δ函数表示的脉冲时，其对应的 输出称为系统的脉冲响应。如果线性系统对位于x=x0处的输 入脉冲δ(x－x0)的响应用h(x；x0)表示，即
(2.2-1)
性不变系统的脉冲响应可以简化为
(2.2-4a) 和
(2.2-4b)
11
第2章 线性系统概论
2. 复指数函数的响应 当线性不变系统的输入为复指数函数 出为
时，其输
(2.2-5)
式中： ξ0为一任意实参数。若输入为位移形式 (其中x0为实常数)，则由线性性质可得
(2.26)
12
第2章 线性系统概论 由位移不变性得
(2.2-7) 因此有
第2章 线性系统概论
以上结论推广到n个线性不变系统组成的串联系统，其
传递函数、调制传递函数和相位传递函数分别为
(2.3-3)
40
第2章 线性系统概论 2. 并联系统 图2.3-2所示为两个独立的线性不变系统的并联系统，
两独立系统的传递函数分别为
41
第2章 线性系统概论
图 2.3-2 并联复合系统示意图 42
状不变，其输出函数位置仅产生相同的移动，则称该系统为 位移不变系统，即若
L｛f(x)｝=g(x)
则
L｛f(x－x0)｝=g(x－x0)
(2.1-7)
式中: x0为实常数。
7
第2章 线性系统概论 一个系统既是线性的，又是位移不变的，则称为线性位
移不变系统，简称为线性不变系统。该系统用算符表示为
(2.1-8)
式中: x1和x2为实常数。
8
第2章 线性系统概论
2.2 线性系统分析方法
2.2.1 线性系统对基元函数的响应 1. 脉冲响应
当系统的输入是一个用δ函数表示的脉冲时，其对应的 输出称为系统的脉冲响应。如果线性系统对位于x=x0处的输 入脉冲δ(x－x0)的响应用h(x；x0)表示，即
(2.2-1)
性不变系统的脉冲响应可以简化为
(2.2-4a) 和
(2.2-4b)
11
第2章 线性系统概论
2. 复指数函数的响应 当线性不变系统的输入为复指数函数 出为
时，其输
(2.2-5)
式中： ξ0为一任意实参数。若输入为位移形式 (其中x0为实常数)，则由线性性质可得
(2.26)
12
第2章 线性系统概论 由位移不变性得
(2.2-7) 因此有
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。
《光学》全套课件 PPT
[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
现代光学(刘继芳)(第二版)1-3章 (3)
为拉普
拉斯算符。把式(3.1-2)代入式(3.1-3)，得到自由空间单色
光场满足的波动方程为
(3.1-4)
式中: k=2πν/c=2π/λ为波矢量的大小。该式称为亥姆霍
兹方程。这表明自由空间传播的任何单色光波的复振幅必然 满足亥姆霍兹方程。
6
第3章 傅里叶光学基础 3. 格林定理 格林定理是基尔霍夫衍射积分定理的数学基础。格林定
(3.1-10) 14
第3章 傅里叶光学基础
式中: Ω为Sε面对P点所张开的立体角。将式(3.1-10)代入
式(3.1-8)得
(3.1-11)
15
第3章 傅里叶光学基础 2. 基尔霍夫衍射公式 现在讨论无限大不透明屏幕上透光孔所引起的衍射问题。
衍射装置如图3.1-3所示，从点源P0发出的单色光波，传播并 通过不透明屏S′上的一个小孔Σ，在屏后的P点观察。假设 开孔Σ的线度、P0点和P点到孔Σ的距离远大于波长λ，P0和 P到Σ上任一点P1的矢径分别为r0和r。
根据1.1节的知识，光波场中P点在t时刻的光振动用复值标 量函数u(P,t)表示，对于单色光场，有
(3.1-2)
式中: U(P)为光波场中P点的复振幅； ν为光波的时间频率。
根据电磁场理论，光波场中的每一个无源点上，光振5
第3章 傅里叶光学基础
式中: c为光在真空中的速度;
(3.1-7)
10
第3章 傅里叶光学基础
在V′中,G和U都满足亥姆霍兹方程
把上式代入式(3.1-7)，得到
11
第3章 傅里叶光学基础 于是式(3.1-7)简化为 或
(3.1 -8) 12
第3章 傅里叶光学基础
在Sε面上，n与r处处反向，有
现代光学基础ppt课件
第八章 现代光学基础
1
主要内容
8. 1 原子发光的机理 8. 2 光与原子相互作用 8. 3 粒子数反转 8. 4 光振荡 8. 5 激光的单色性 8. 6 激光的相干性 8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8.10 光盘存储技术 8.11 傅里叶光学的几个基本概念 8.12 阿贝成象原理 8.13 阿贝－波特实验和空间滤波
原子在光源作用下，正负电中心拉开，被极化成电偶极子 P er
单位体积内的原子的极化偶极距矢量和 P称电极化强度
极化场发射次极电磁波
二、线性光学
当入射光中的电场强度E远小于原子的内场强时，则光在物质中
感生的电极化强度 P 0 E E
次级辐射与入场光相互替力的结果，决定物质对入射光场的反射， 折射，散射等
f (t T ) f (t)
展成付氏级数
f (t) a0 am cos 2mv0t am sin 2mv0t
n1
V0
1 T
基频
32
由
f
(t)
1 T
exp(i2v0t)
m
T
2 T
f
(t) exp(2mv0t)dt
2
令周期
T
V0
k
(
r k0
0
r 为平面波面上任一点P的位置矢量
E
A ei
(t
k r
)
0
~ ik( xcos y cos z cosr ) E A e0
30
一、原理
8.12
阿贝成像原理
31
二、付里叶变换在光学成象中的应用
1
主要内容
8. 1 原子发光的机理 8. 2 光与原子相互作用 8. 3 粒子数反转 8. 4 光振荡 8. 5 激光的单色性 8. 6 激光的相干性 8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8.10 光盘存储技术 8.11 傅里叶光学的几个基本概念 8.12 阿贝成象原理 8.13 阿贝－波特实验和空间滤波
原子在光源作用下，正负电中心拉开，被极化成电偶极子 P er
单位体积内的原子的极化偶极距矢量和 P称电极化强度
极化场发射次极电磁波
二、线性光学
当入射光中的电场强度E远小于原子的内场强时，则光在物质中
感生的电极化强度 P 0 E E
次级辐射与入场光相互替力的结果，决定物质对入射光场的反射， 折射，散射等
f (t T ) f (t)
展成付氏级数
f (t) a0 am cos 2mv0t am sin 2mv0t
n1
V0
1 T
基频
32
由
f
(t)
1 T
exp(i2v0t)
m
T
2 T
f
(t) exp(2mv0t)dt
2
令周期
T
V0
k
(
r k0
0
r 为平面波面上任一点P的位置矢量
E
A ei
(t
k r
)
0
~ ik( xcos y cos z cosr ) E A e0
30
一、原理
8.12
阿贝成像原理
31
二、付里叶变换在光学成象中的应用
《现代光学基础教学课件》现代光学基础题目
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
两束光波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同、光程差不超过 光波的相干长度。
干涉公式
I=I1+I2+2√(I1I2)cosΔφ
光的衍射
01
02
03
衍射现象
光波在传播过程中遇到障 碍物时，会绕过障碍物的 边缘继续传播，形成衍射 现象。
偏振应用
偏振现象在光学仪器、摄 影等领域有广泛应用。
03
光学仪器介绍
显微镜
总结词
显微镜是一种用于观察微小物体的光学仪器，它能够将微小的物体放大并清晰地 呈现出来。
详细描述
显微镜主要由目镜、物镜和载物台等部分组成。目镜用于观察放大后的图像，物 镜则将微小物体放大并投射到目镜上。载物台用于放置需要观察的物体。通过调 节显微镜的焦距和放大倍数，可以观察到不同大小的物体。
光学信息处理系统
光学信息处理系统是指 利用光学器件和光子器 件实现信息处理的系统， 如傅里叶变换光学系统、 空间光调制器等。
光学信息处理应用
光学信息处理在图像处 理、模式识别、通信等 领域有广泛应用，如光 学图像识别、光学加密 通信等。
05
光学实验与探究
分波前干涉实验
总结词
通过分波前干涉实验，可以观察到光的干涉现象，理解干涉 原理和干涉条件。
全息技术
全息原理
全息技术是利用光的干涉和衍射原理，记录并再 现物体的三维图像的一种技术。
全息材料
全息材料是指能够记录和再现全息图的材料，如 光敏树脂、尼龙薄膜等。
全息应用
全息技术在光学存储、图像处理、显示技术等领 域有广泛应用，如全息存储器、全息电视等。
干涉条件
两束光波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同、光程差不超过 光波的相干长度。
干涉公式
I=I1+I2+2√(I1I2)cosΔφ
光的衍射
01
02
03
衍射现象
光波在传播过程中遇到障 碍物时，会绕过障碍物的 边缘继续传播，形成衍射 现象。
偏振应用
偏振现象在光学仪器、摄 影等领域有广泛应用。
03
光学仪器介绍
显微镜
总结词
显微镜是一种用于观察微小物体的光学仪器，它能够将微小的物体放大并清晰地 呈现出来。
详细描述
显微镜主要由目镜、物镜和载物台等部分组成。目镜用于观察放大后的图像，物 镜则将微小物体放大并投射到目镜上。载物台用于放置需要观察的物体。通过调 节显微镜的焦距和放大倍数，可以观察到不同大小的物体。
光学信息处理系统
光学信息处理系统是指 利用光学器件和光子器 件实现信息处理的系统， 如傅里叶变换光学系统、 空间光调制器等。
光学信息处理应用
光学信息处理在图像处 理、模式识别、通信等 领域有广泛应用，如光 学图像识别、光学加密 通信等。
05
光学实验与探究
分波前干涉实验
总结词
通过分波前干涉实验，可以观察到光的干涉现象，理解干涉 原理和干涉条件。
全息技术
全息原理
全息技术是利用光的干涉和衍射原理，记录并再 现物体的三维图像的一种技术。
全息材料
全息材料是指能够记录和再现全息图的材料，如 光敏树脂、尼龙薄膜等。
全息应用
全息技术在光学存储、图像处理、显示技术等领 域有广泛应用，如全息存储器、全息电视等。
现代光学(刘继芳)(第二版)1-3章 (1)
14
第1章 现代光学的数学物理基础 1. 平面波 平面波的特点是： 在各向同性介质中，光波场相位间
隔为2π的等相面是垂直于传播方向的一组等间距平面，场 中各点的振幅为一常量。
如图1.1-1所示，设平面光波沿z轴方向传播，观察点P 的矢径为r，坐标为(x,y,z)，光波在坐标原点的初相为jO,则 P点的初相为
3
第1章 现代光学的数学物理基础
式中: L为拉格朗日函数，它是广义坐标和广义速度的函数，
而积分是在时间上进行的。与之相比，费马原理是在空间变
量上进行积分的。注意到无限小弧长ds可写为
(1.13)
式中: “·”表示对z的微商。将s换成z，式(1.1-1)可改写
为
(1.1-
4)
4
第1章 现代光学的数学物理基础 由式(1.1-4)与式(1.1-2)，可以给出相应的光学拉格朗
11
第1章 现代光学的数学物理基础 1.1.2 光波场的复振幅描述
为了数学运算方便，通常把光波场用复指数函数表示为
(1.1-15) 为简单起见，通常又把取其实部的符号Re{}略去，简写为
(1.1-16) 12
第1章 现代光学的数学物理基础
对于单色光波，式(1.1-16)中的时间因子
不随
空间位置变化，在研究光振动的空间分布时，可将其略去。
此外，在量子力学中，能量相当于算符
而在波动光学中，它对应为
应用光学哈密顿
量，可以写出相应的薛定谔方程:
即 (1.1-12)
9
第1章 现代光学的数学物理基础 应用式(1.1-11)， 式(1.1-12)变为
(1.1-13)
式中: Ψ为波函数。式(1.1-13)
比较，能够看出
第1章 现代光学的数学物理基础 1. 平面波 平面波的特点是： 在各向同性介质中，光波场相位间
隔为2π的等相面是垂直于传播方向的一组等间距平面，场 中各点的振幅为一常量。
如图1.1-1所示，设平面光波沿z轴方向传播，观察点P 的矢径为r，坐标为(x,y,z)，光波在坐标原点的初相为jO,则 P点的初相为
3
第1章 现代光学的数学物理基础
式中: L为拉格朗日函数，它是广义坐标和广义速度的函数，
而积分是在时间上进行的。与之相比，费马原理是在空间变
量上进行积分的。注意到无限小弧长ds可写为
(1.13)
式中: “·”表示对z的微商。将s换成z，式(1.1-1)可改写
为
(1.1-
4)
4
第1章 现代光学的数学物理基础 由式(1.1-4)与式(1.1-2)，可以给出相应的光学拉格朗
11
第1章 现代光学的数学物理基础 1.1.2 光波场的复振幅描述
为了数学运算方便，通常把光波场用复指数函数表示为
(1.1-15) 为简单起见，通常又把取其实部的符号Re{}略去，简写为
(1.1-16) 12
第1章 现代光学的数学物理基础
对于单色光波，式(1.1-16)中的时间因子
不随
空间位置变化，在研究光振动的空间分布时，可将其略去。
此外，在量子力学中，能量相当于算符
而在波动光学中，它对应为
应用光学哈密顿
量，可以写出相应的薛定谔方程:
即 (1.1-12)
9
第1章 现代光学的数学物理基础 应用式(1.1-11)， 式(1.1-12)变为
(1.1-13)
式中: Ψ为波函数。式(1.1-13)
比较，能够看出
现代光学测试技术(苏俊宏,田爱玲,杨利红编著)PPT模板
ONE
03
第二章光具座上的综合检测
第二章光具座上的 综合检测
第一节测量中的对准技术与调焦 技术 第二节光学测试装置的基本部件 及其组合 第三节焦距和顶焦距的测量 参考文献
ONE
04
第三章光学材料测试
第三章光学材料测 试
第一节光学玻璃材料概述 第二节光学玻璃折射率测量 第三节光学玻璃光学均匀性测量 第四节光学玻璃应力双折射测量 参考文献
ONE
05
第四章基本的光干涉测量技术
第四章基本的光干涉测量技术
第一节干涉条纹的分析 判读及波面质量评价
第三节波面错位干涉测 量
第五节波像差及其测量
第二节几种典型的干涉 仪
第四节干涉图分析与波 面拟合
参考文献
ONE
06
第五章光电相位测量技术
第五章光 电相位测 量技术
第一节相位的静态测试技术 第二节相位的动态测试技术 参考文献
ONE
12
第十一章光学系统评价
第十一章 光学系统 评价
0 1
第一节光学系 统成像质量评 价方法概述
0 2
第二节分辨率 测试
0 3
第三节成像质 量评价的星点 检验法
0 4
第四节光学传 递函数
0 5
第五节干涉测 量
0 6
参考文献
感谢聆听
ONE
07
第六章平面元件测试技术
第六章平面元件测 试技术
第一节平面元件基本量测量 第二节平面光学元件面形偏差检测 第三节平面光学元件光学平行度测 量 参考文献
ONE
08
第七章球面元件测试技术
第七章球面元件测 试技术
第一节球面曲率半径测量 第二节球面光学元件面形偏差检 测 参考文献
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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现代光学讲座Ι
二、激光
激光（laser)的本意是受激辐射引起光放大 。（light amplification by stimulated of radiation) 1、激光原理
（1）粒子数按能级的统计分布：遵从玻耳兹曼定律 N∝e-En/KT
例：氢原子基态E1=-13.6ev,第一激发态E2=-3.4ev,则N1/N2=e-400,平衡态下，氢
光子由于无法静止，所以它没有静止质量，这儿的质量是光子的相对论质量。
光子是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载 体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子相 比，光子的静止质量为零，这意味着其在真空中的传播速度是光速。与其他量子 一样，光子具有波粒二象性：光子能够表现出经典波的折射、干涉、衍射等性质； 而光子的粒子性则表现为和物质相互作用时不像经典的粒子那样可以传递任意值 的能量，光子只能传递量子化的能量。对可见光而言，单个光子携带的能量约为 4×10-19焦耳，这样大小的能量足以激发起眼睛上感光细胞的一个分子，从而引 起视觉。除能量以外，光子还具有动量和偏振态，但单个光子没有确定的动量或 偏振态。
现代光学讲座Ι
（4）半导体激光器
现代光学讲座Ι
现代光学讲座Ι
三、光子革命
光子革命是2009年夏季大连达沃斯论坛中提出的新 概念，是指光子技术将在未来更为广泛的应用于社会 生产生活中。光子技术将成为影响能源、信息产业的 核心技术，成为主宰信息传递的决定力量。
1、光子
现代光学讲座Ι
原称呼为光量子（light quantum），电磁辐射的量子，传递电磁相 互作用的规范粒子，记为γ。其静止量为零，不带电荷，其能量为普 朗克常量和电磁辐射频率的乘积，E=hv，在真空中以光速c运行，其 自旋为1，是玻色子。早在1900年，M.普朗克解释黑体辐射能量分布 时作出量子假设，物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份 一份的，每一份的能量为hv；1905年A.爱因斯坦进一步提出光波本身 就不是连续的而具有粒子性，爱因斯坦称之为光量子；1923年A.H.康 普顿成功地用光量子概念解释了X光被物质散射时波长变化的康普顿 效应，从而光量子概念被广泛接受和应用，1926年正式命名为光子。 量子电动力学确立后，确认光子是传递电磁相互作用的媒介粒子。带 电粒子通过发射或吸收光子而相互作用，正反带电粒子对可湮没转化
为光子，它们也可以在电磁场中产生。
现代光学讲座Ι
光子从激光的相干光束中出射光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多 少与波长相关, 波长越短, 能量越高。当一个光子被分子吸收时,就有一个电子获 得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的分子就从基态变成了激 发态。
光 子 具 有 能 量 ， 也 具 有 动 量 ， 更 具 有 质 量 ， 按 照 质 能 方 程 ， E=MC2=hv, 求 出 M=hv/C2,
现代光学讲座Ι
2、光子学
1970年，在第九届国际高速摄影会议上，荷兰科学家 Poldervaart首次提出关于光子学的定义规范，他认为，光 子学是“研究以光子为信息载体的科学”。
其后，相继出现不少类似的定义。例如，法国颇有影响 的DGRST组织提出：激光二极管的问世，使光子替代了电子 成为信息的载体，从而促成了光子学的形成。世界著名的美 国《SPECTRA》杂志，也于1982年率先更名为《PHOTONICS— spectra》，并提出光子学是“研究发生与利用以光子为量 化单位的光，或其他辐射形式的科学”，并认为，“光子学 的应用范围从能量的发生到通信与信息处理”。贝尔实验室 著名的Ross教授为光子学作了一个颇为广义的定义，他认为， 可与电子学类比，“电子学是关于电子的科学”，光子学则 应是“关于光子的科学”。
1、大空间范围（和光波波长相比较）
.干涉：相干光学、统计光学、薄膜光学 .衍射：傅里叶光学、衍射光学、二元光学 .偏振：晶体光学、偏振光学 .其他：矩阵光学、激光束光学、海洋光学、大气光学、生理光学、组织光学 2、小空间范围（和光波波长相比较） 导波光学、光纤光学、二元光学、微光学、近场光学 3、大光能量（高光能密度） 非线性光学、强光光学、自适应光学 4、非均匀介质 非均匀介质光学、散射光学、组织光学
现代光学讲座Ι
在我国，老一辈科学家龚祖同、钱学森等早在70年 代末就发出呼吁，希望积极开展光子学的学科建设。钱 教授提出，“光子学是与电子学平行的科学”，他还首 次提出了“光子学—光子技术—光子工业”的关于光子 学的发展模式。鉴于上述情况，1994年我国一些科学家 聚会于北京，在香山科学会议上，，对光子学的有关问 题展开了热烈讨论，并在诸多方面取得了共识。关于光 子学定义、内涵及研究范围，较为一致的见解是：光子 学是研究作为信息和能量载体的光子行为及其应用的科 学。
现代光学讲座Ι
物理系现代物理讲座
----现代光学（I）
一、光学的发展 二、激光 三、光子革命
现代光学讲座Ι
一、光学的发展
1、几何光学 2、波动光学 3、量子光学 4、现代光学
现代光学讲座Ι
现代光学讲座Ι
现代光学源于上世纪60年代初激光的出现，从而导致大批光学方面 的新成果，并由此派生出一系列光学领域的新分支，光学领域出现的这 种飞跃发展的根本原因，是激光的固有特征在传输过程中所引发的许多 新的效应和规律。
原子几乎全部处于基态。
（2）吸收、自发辐射、受激辐射 hv=E2-E1
现代光学讲座Ι
(3)爱因斯坦系数 B12N1p(V)=A21N2+B21N2P(v) 室温下，对波长为600nm的光，A21/B21N2=1035，受激发射几率很小。
2、激光的产生
（1）粒子数反转 A.激励（泵浦） B.激活介质 （2）光学谐振腔
现代光学讲座Ι
3、激光的特点
（1）方向性 （发散角小，10-3rad） （2）单色性（He-Ne,6328,谱线宽度（Å ） 为10-7） （3）相干性（钠光的相干长度约为3.5cm, He-Ne的为40千米） （4）能量集中
4、激光器的类型
（1）固体激光器
（2）气体激光器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
现代光学讲座Ι
（3）液体激光器（染料激光器）