光学课学习教程.pptx

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1、 定态波，时间频率单一，我们关心振幅 的空间分布A(P)和相位空间分布(P)，引进复振幅:复振幅：复振幅：光强空间分布：第1页/共42页波前函数：广义“波前”(wavefront)指波场中任一曲面，更多地指一个平面，如记录介质、感光底片、接收屏幕等所在的平面的复振幅分布U(x,y)。广义波前U(x,y)xyzO等相面第2页/共42页波前相因子方向角的余角线性相因子系数（cosx，cosy）或（sin1，sin2）与平面波的传播方向一一对应。二次相因子:发散/会聚第3页/共42页二次相因子+交叉线性相因子:发散/会聚第4页/共42页球面波和平面波的理论地位 平面简谐波或球面简谐波可以看成复杂波场

2、的基元成分，所有复杂波场都可以分解成一系列球面波或平面波的叠加。傍轴条件或振幅条件：球面波球面波条件？条件？平面波平面波 远场条件或相位条件：第5页/共42页第二部分第二部分 光的干涉引论光的干涉引论干涉：波的叠加引起了强度在空间的重新分布。干涉产生的条件：（1）参与叠加的各波同频率；（2）有方向一致的平行分量；（3）参与叠加的各波之间具有固定的相位差。干涉：干涉衬比度：在满足相干叠加的三个条件，为获得较高的衬比度：1、参与相干叠加的两光束，振幅尽量相等2、参与相干叠加的两光束的传播方向的夹角不要太大。第6页/共42页干涉装置分类：对于普通光源，自发辐射波列较短，因此采用分割同一波列再使之相遇

3、来产生干涉。按分割方式不同，装置分为两大类：（1）分波前装置：杨氏双缝，菲涅尔双镜和双棱镜等；（2）分振幅装置：如薄膜，迈克尔逊干涉仪等。1Q2QD2rPoQl1rR1R2第7页/共42页杨氏双缝干涉实验：（傍轴、远场条件）条纹间距：级次Tip：前面处理干涉问题的主要手段是求解光程差，也可以使用波前函数处理干涉，更简单明了。第8页/共42页平面波干涉：条纹条纹间距（空间周期）：间距（空间周期）：第9页/共42页第三部分第三部分 光的衍射引论光的衍射引论衍射：当光波遇到障碍物时，会偏离几何光学的直线传播而绕行的现象称为光的衍射(diffraction of light).a 直线传播a 衍射a

4、1000 1000 a a 散射基尔霍夫衍射积分公式：第10页/共42页 按光源、衍射屏和接受屏三者之间的距离的远近将衍射分为两大类(傍轴）：菲涅耳衍射菲涅耳衍射：光源光源衍射屏衍射屏接受屏之间接受屏之间距离距离为有限为有限远远(远大于波长远大于波长)。夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射：光源光源衍射屏衍射屏接受屏接受屏之间之间距离为无限远。距离为无限远。S(x0,y0)(x,y)P()第11页/共42页菲涅耳圆孔衍射：半波带方法：半波带方法：如果k=2m为偶数:即轴上衍射光强约等于0，中心为暗斑。如果k=2m+1为奇数即轴上衍射光振幅约等于2A0，中心为亮斑。即：中心亮斑光强为自由传播时光强的4 4倍

5、倍。第12页/共42页用基尔霍夫衍射公式求圆孔菲涅耳衍射轴上光强变化函数菲涅耳圆孔衍射：菲涅耳圆屏衍射：如果k=2m+1为奇数:即轴上衍射光振幅约等于A0，中心为亮斑。如果k=2m为偶数:即轴上衍射光强约等于I0=(-A0)2，中心为亮斑。第13页/共42页菲涅耳波带片：菲涅耳波带片菲涅耳波带片菲涅耳波带片菲涅耳波带片(Fresnel zone plateFresnel zone plate)A0OA1A2A3A4A0OA1A2A3A4A(P0)=A2+A4+A6+A8+A(P0)=A1+A3+A5+A7+第14页/共42页即半波带从中心向外越来越密集当圆孔半径 给定时，它所包含的半波带数目k

6、 为：表明：当屏幕由近至远，b增加时，k数减少，时为偶数，时为奇数，轴上光强时暗时亮。k.有限间隔：第15页/共42页单缝夫琅禾费衍射ABfCDEdLAL0LB:衍射角衍射积分公式也可以求解得到相同的结果第16页/共42页矩孔夫琅禾费衍射y0 x0 xyPf21L0ba衍射图样的积分法求解第17页/共42页圆孔夫琅禾费衍射y0 x0yfL0 xP衍射图样的积分法求解第18页/共42页光光的偏振面和光的偏振的偏振面和光的偏振态态 组成的平面。线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光，自然光，部分偏振光平面电磁波偏振面:偏振态的描述，偏振光的产生和检验第四部分第四部分 光的偏振引论光的偏振引论第19页/共4

7、2页第五部分第五部分 介质界面光学介质界面光学选择选择p和和s为特征振动为特征振动方向方向：在光波遇到界面发生反射和折射的物理过程中，p振动与s振动是两个特征振动。如果入射光的电矢量只有p振动，则反射光和折射光中也只有p振动;如果入射光的电矢量只有s振动，则反射光和折射光中也只有s振动。换句话说，p振动与s振动之间互不交混，彼此独立，各有自己不同的传播特性。第20页/共42页菲涅耳公式：菲涅耳公式：菲涅耳公式成立条件：菲涅耳公式成立条件：1.适用于绝缘介质，无表面自由电荷和传导电流。2.适用于各向同性介质。3.适用于光学线性介质（弱光强），满足D=0E4.适用于平面波5.在光频段，频率高，介质

8、的磁化机制几乎冻结，磁导率1，于是介质光学折射率第21页/共42页i B+=90on2 iBiB布儒斯特角布儒斯特角布儒斯特角布儒斯特角n1布儒斯特角布儒斯特角布儒斯特角布儒斯特角100%4%n1=1.5n2=1.0RsRpiC/20iB1.00.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0rsrp0iBn1=1.0n2=1.5/24%15%n1=1.0n2=1.5RsRpiB/20100%iB:布儒斯特角iC:临界角/21.00.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0rsrp0n1=1.5n2=1.0iCiB第22页/共42页习题说明：习题说明：第2

9、3页/共42页第24页/共42页第25页/共42页1、简述惠更斯菲涅耳原理的核心内容。2、简述部分偏振光的部分相干性的主要内涵。波前上的每个面元可以看为次波源，它们向四周发射次波；波场中任一场点的扰动，是所有次波源所贡献的次级扰动的相干叠加。概念：概念：当部分偏振光按照光强最大和光强最小的方向为坐标轴进行分解时，其为非相干的；当按照其他任意非光强最大和光强最小的方向为坐标轴进行分解时，其含有相干分量。第26页/共42页第27页/共42页4.瑞利干涉仪如图，以589.3nm钠黄光灯作为光源置于透镜L1的前焦点，玻璃管T1抽成真空，T2充空气，在透镜L2的后焦面上形成干涉条纹，然后缓慢放空气进入T

10、1，直到两个管气压相同，这一过程中条纹移动98根，玻璃管长20cm，试求空气的折射率。干涉：干涉：第28页/共42页第29页/共42页第30页/共42页第31页/共42页衍射：衍射：6.解：当k=1的时候，可算得：当k=2的时候，可算得：设一个半波带在观察点振幅为a1第32页/共42页7、平行光照明如下衍射屏，求轴上距屏b处光强与自由传播时之比（写出必要的步骤。图中标出的是该处到场点的光程,其中b是中心到场点的光程，暗区不透光）。第33页/共42页7、平行光照明如下衍射屏，求轴上距屏b处光强与自由传播时之比（写出必要的步骤。图中标出的是该处到场点的光程,其中b是中心到场点的光程，暗区不透光）。b+b+/2b+5/4第34页/共42页8、一衍射细丝测径仪，它将单缝夫琅禾费衍射装置中的单缝换成为细丝，今测得其产生的零级衍射斑的宽度即两个一级暗点间的距离为1cm，求细丝的直径a。已知光波长633nm，透镜焦距为50cm.第35页/共42页第36页/共42页作业次数总题目数作业总数A+(A+(全对）A A（-1-1）A-A-（-2-2、-3-3）缺省题目29482017923105346524940382第37页/共42页谢谢各位！第38页/共42页第39页/共42页第40页/共42页第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页