《光学教程》期末总复习

光学教程第一章光的干涉▲获得相干光的基本方法：把光源的微小区域(点光源)发出的光波设法分成两束或多束,然后再使他们重新相遇。（频率相同,相位差恒定，振动方向基本在一条直线上）补充条件：振幅、位相差不能相差太大。▲光程nrct▲合振动的光强)cos(212212221AAAAI21AA222114cos2IA▲极值条件位相条件程差条件12j2)12(j明纹暗纹2)2(j2)12(j明纹暗纹)3,2,1,0(j1S2SPOb1r2rdP00rdy二、空间相干性和时间相干性▲空间相干性和时间相干性minmaxminmaxIIIIV时间相干性2maxL空间相干性临界宽度0d'rd双缝最大距离0maxd'rd0Lc122122(/)1(/)AAAAS1d/2S2r0r0光源d0/2LMN0M0N0LI非相干叠加+1L1N三、分波面干涉（双光束干涉）干涉花样:平行于狭缝、等间距、等强度的明暗相间条纹，中央为明条纹。),2,1,0(j▲扬氏双缝干涉210drryry2)2(0drj2)12(0drj明纹暗纹dry00rdy1S2SPOb1r2rdP00rdy四、分振幅干涉（双光束干涉）干涉花样明暗相间的同心圆环，干涉条纹呈现在透镜的焦平面上。d0↑，条纹从中心向外长出，条纹变密；d0↓，条纹向中心陷落，条纹变疏。（有半波损失）▲等倾干涉22202112dsin2nni202(2dcos)2ni2)12(j2)2(j),2,1,0(j明纹暗纹等倾干涉On2d0SfP薄膜透镜光源玻璃片焦平面λi´iii´k´k干涉花样平行于棱的明暗相间条纹，有半波损失时，棱处为暗纹。干涉条纹呈在劈尖表面上。角度增加，条纹向棱边移动，条纹变密；▲等厚干涉d2)12(j2)2(j),2,1,0(j明纹暗纹22dn、不变，（垂直入射）2n01i222nd为劈的顶角22nL（有半波损失）●劈尖干涉花样以接触点为圆心的一组明暗相间的同心圆环，中心（d=0）为暗斑。rRj2)12(jR),2,1,0(j明纹暗纹22d2n反射（有半波损失）(1,2,3)j……•牛顿环典型干涉设备•迈克耳孙干涉仪反射镜移动，或插入玻璃片引起的光程变化，条纹移动情况。2dNNln)1(2SM1M2G1G2EM2a1a1′a2a2′半透半反膜补偿板反射镜反射镜光源观测装置a450d若M2//M1等倾条纹若M2、M1有小夹角等厚条纹20224cosndi▲相邻透射光束的位相差•法布里－珀罗干涉仪0.00.20.40.60.81.0=0.02=0.1=0.4=0.9A2/IA022460•等振幅多光束干涉N个相干线光源干涉条纹示意图N=2N=3N=4N=10N很大菲涅耳衍射（近场衍射）：障碍物离光源和考察点距离都是有限远或其中之一的距离为有限远夫琅和费衍射（远场衍射）：光源和考察点到障碍物的距离可以认为是无限远一、衍射分类第二章光的衍射hRhk22000()11()hkhkRRrRkrRrRR→∞20hkRkr0hkRkr二、菲涅耳半波带－菲涅耳衍射)(211kkaaA偶数)(211kkaaA)(211kkaaA最大奇数最小▲1.对P点若S恰好分成K个半波带：)(21)(2111kkkaaAaa光强介于最大/最小间▲2.对P点若S中含有不完整的半波带：▲3.若不用光阑（Rhk→∞）：ka0ka21aAhkRp▲4.圆屏衍射-泊松点。a∞→0圆屏面积↓，ak+1↑达P点的光愈强。菲涅耳波带片221kkkkkkAaAa或夫琅和费单缝衍射I0x1x2衍射屏透镜观测屏f0x0x夫琅和费多缝衍射主极大次极大极小值亮纹()包络线为单缝衍射的光强分布图k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3中央亮纹k=6k=-6三.几种衍射的情况表格（一）中央亮纹角宽度:次级暗纹角宽度平行于狭缝的明暗相间条纹,中央明纹特别亮,其宽度为次极大宽度的两倍中央极大条件:次极大条件:单缝衍射因子夫氏单缝衍射圆孔中心轴上的光强有强弱变化K为偶数K为奇数半波（奇或偶）圆孔中心轴上任一点的光强菲氏圆孔衍射极小条件极大条件特征量花样特征极值条件决定光强分布因素光强分布112kkAaa020sinsinsinppuAAubuuIIu2sinuusinb001sin21,2bkksin1,2bkk222blfb中中2blfb2011hRkrR夫氏圆孔衍射光强分布决定光强分布因素中央极大:以圆孔中心的以明暗相间的同心圆环,中央明纹特别亮,特别宽(爱里斑)爱里斑半角宽度:爱里斑线半径:衍射光栅单缝衍射因子和多光束干涉因子共同决定主极大:平行于狭缝的明暗相间的条纹,多光束干涉受到单缝衍射因子的调制,条纹锐利,等宽谱线半角宽:缺级条件:(K:单缝衍射最小值的级数)2220sinsinsinpIuNvIuvsinvd0.61sin0.61Rsin0,1,2djjsin1,21,,2jdNjjNN0.611.22RD21.22lfDcosNddjkb接上表:极小条件极大条件花样特征第三章几何光学1、直线传播定律2、独立传播定律3、光路可逆原理4、反射定律面镜成像规律（条件：近轴）平面反射成像规律单球面反射成像规律5、折射定律折射成像规律（条件：近轴）棱镜的折射成像规律平行平面板的折射成像规律单球面折射成像规律薄透镜成像规律共轴球面系统成像规律R→∞费马原理★★★★BA、恒定值）极值（极小值、极大值ndsBA2.平面反射折射全反射临界角像似深度y=yn2n13.成像符号法则4.单球面反射成像121sinnnic符号规则实正虚负规则；笛卡尔坐标规则。2rf凹0;f,0r凸0.f,0r111ssfssyysnsnyy5.单球面折射成像6.薄透镜7.薄透镜、任意光线作图。Gauss公式:牛顿公式：'1'ffss'''nnnnssr'''nfrnn'nfrnn,rnnfss111ffxxss第四章光学仪器⒈放大本领：①放大镜：②显微镜：物镜横向放大率×目镜放大本领③望远镜：uutguutgllMfuuM25)25()(21fflM21ffM-U‘O-U‘’o1F1’F2o2物镜系统目镜系统UP`Q`'yPQQ‘’P‘’U-U‘’'1f2f2、物镜与目镜显微镜：A、惠更斯目镜B、冉斯登目镜折射式望远镜A、开普勒望远镜B、伽利略望远镜-U‘O-U‘’o1F1’F2o2物镜系统目镜系统UP`Q`'yPQQ‘’P‘’U-U‘’'1f2f''''11'22ffUMUffU`O1O2F1`F2U’’Q’’PQUUQ`'y'1f2fOKepler望远镜：M0Galilei望远镜：M03、有效光阑、入瞳和出瞳的确定方法（1）求出系统中每一个光阑经其前方光学系统所成的像。（2）由确定的物点对第一个透镜,以及各个像作张角，通过比较确定其中张角最小的像。（3）张角最小的像对应的光阑为有效光阑。（4）张角最小的像为入瞳；将已确定的有效光阑经其后方光学系统成像，即可求得出瞳。入射孔径角uu’uLPMNABA’B’F4.分辨本领：①人眼：②显微镜：③望远镜：fd220.1ynsinu610.0yRU610.0101610.0610.001RUnRv-U‘O-U‘’o1F1’F2o2物镜系统目镜系统UP`Q`'yPQQ‘’P‘’U-U‘’'1f2f第五章光的偏振一、五种偏振态：⒈自然光：⒉线偏振光：⒊部分偏振光：偏振度：⒋圆偏振光：⒌椭圆偏振光：,2oyxIII)(,1),0.minmaxminmax线偏振光全偏振光非偏振光（自然光PPIIIIP二、两个基本定律：三、o光和e光：布儒斯特角，全偏振角布儒斯特定律：透振方向间的夹角、马吕斯定律：102101210212290,tg.2,,cos.1iiinnippAIIIOO’θB’BAAoAesinAAocosAAe2tgIIeoIIIIeo)cos(sin22四、偏振器件：⒈尼科耳棱镜：⒉沃拉斯顿棱镜：⒊波片:①片：能把圆偏振光→线偏振光；也能使线偏振光→椭圆、圆偏振光。②片：能把左旋圆偏振光→右旋圆偏振光,线偏光⊥入射→线偏振光,但θ→2θ.③片：入射线偏振光→线偏振光4,)12(,2)12(kk,2,)12(kk,2)12(,4)12(kk2晶片的厚度。—ddnn.)(2eo五：偏振光的检验：—线偏振光—————————有两次消光偏振片—片椭圆偏振光部分偏振光无消光变变自然光没变偏振片—片圆偏振光自然光没变椭圆偏振光有两次消光部分偏振光无消光圆偏振光两次消光位置透射方向光轴IIIIIIImax//041)(41)(片振偏六、偏振光的干涉：.coscoscossinsinsincossin1e2e1o2o21e1o1IAAAAAAAAeAAodpPA：线光光：平行光22sin2sin2sin)(coscos22221e2o22e22o22AAAAAAIdnn)(2eo反向。和同向，和e2o2e2o20AAAA.2sin2sin]2sin2sin1[22212221//AIAI所以：其中：第六章光的吸收、色散和散射电偶极辐射对反射和折射现象的解释光通过均匀物质时，各分子将依次按入射光到达分子时的相位做受迫振动。做受迫振动的各分子将依次发出次级电磁波。光的强度随穿进媒质的深度而减少的现象,称为媒质对光的吸收。朗伯定律daeII)(0吸收光谱产生连续光谱的光源所发出的光，通过有选择吸收的介质后，用分光计可以看出某些线段或某些波长的光被吸收。这就形成了吸收光谱。第六章光的吸收、色散和散射在光学性质均匀的介质中或两种折射率不同的均匀介质的界面上，无论光的直射、反射或折射，都仅限于在特定的一些方向上，而在其他方向光强则等于零，我们沿光束的侧向观察就应当看不到光。但当光束通过光学性质不均匀的物质时，从侧向却可以看到光，这种现象叫做光的散射。散射会使光在原来传播方向上的光强减弱，它遵从如下指数规律ddeIeIIsa0)(0波长越小，散射越强，波长越大，散射越弱，这种散射称瑞利散射。散射光的强度)cos1()(120220IEEcIyx第六章光的吸收、色散和散射分子散射在光学性质完全均匀的物质中，光的散射不应该发生，但在某种程度上仍可以观察到散射光，这是由于物质分子密度的涨落所引起的。由于分子密度的起伏取决于分子的无规则运动所以这种散射称为分子散射。第六章光的吸收、色散和散射这种物质折射率随波长不同而发生变化的现象——叫光的色散。同一种物质在不同的波长区的角色散率有不