大学物理光学复习资料

总复习Review主要内容一、光的干涉二、光的衍射三、几何光学四、光学仪器五、光的偏振六、光的吸收、散射和色散七、光的量子性八、现代光学基础一、光的干涉•1.基本概念•①光的电磁理论•光是某一波段的电磁波，其速度就是电磁波的传播速度；可见光在电磁波谱中只占很小的一部分，波长在390~760nm的狭窄范围以内。•②相干条件•频率相同、振动方向相同、相位差恒定。•③干涉的分类•分波面干涉、分振幅干涉和分振动面干涉。⒉杨氏双缝•①相位差：•光程差：d•②光强分布：+•③极值条件：•④条纹：dryyydrjdrjyjj01002)12(暗亮)12(2jj2)12(jj暗极小亮极大221221)()(AAIAAIcos221212AAAAAI2012sinrydrrcos221212AAAAAI•⒊薄膜干涉•①光程差：•②等倾：•③等厚：,2,1,0)cos2()cos4()12(2222jinjinjh极小相消极大相长,2,1,02)12(cos222jjjihn极小相消极大相长2cos22sin22212122ihninnh•⒋迈氏干涉仪•①原理：分振幅法薄膜干涉•②装置：•③干涉条件：•（∵n1=n2=1i1=i2=2且没有额外光程差）•④基本公式：或者,2,1,02)12(cos2jjjih相消相长2NhNh2•5.劈尖•6.牛顿环j22nd03,2,12,1,0212jRjrjRjr暗亮即：xdtansin0二、光的衍射•1.基本概念•①衍射定义•光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。•②衍射条件障碍物的线度和光的波长可以比拟•③衍射的分类a.菲涅耳衍射：近场、求和、点光源。b.夫琅禾费衍射：远场、积分、平行光。l⒉菲涅尔衍射：•①半波带理论：•±•②圆孔衍射：，平行光：•③圆屏衍射：•k不大时，，几何中心永远有光；•k很大时，，直线传播。•④波带片：奇数偶数21201rrrr)(21)1(1121kkkkaaaaaA)11(02Rrk0rkk)(R21kaA0A0A)(21)1(1121kkkkaaaaaAkkkaaaaA12531kkkaaaaA12531k2642:kkaaaaAork2642:kkaaaaAor•3.夫琅禾费衍射：•①单缝衍射：•合振幅：•光强分布：•中央最大值：•极小值：•次最大：sin,sincsin00buuAuuAApuIAIpp202sinc0sin0),3,2,1(sinkbkk),3,2,1()21(sin00kbkk，•角宽度：•线宽度：•②圆孔衍射：•光强分布：，•：一阶贝塞尔函数。•爱里斑半角宽度：DR22.161.0sin112210)2(mmJIIp1J2flkbkksin•⒋平面透射光栅•①强度分布：•单缝衍射因子×缝间干涉因子•主最大位置：•最小值位置：•两个主最大之间有N-1个最小值，由N-2个次最大。•单缝衍射因子为0时也出现最小值，),3,2,1,0(sinjdj),2,1,0(sinjbkk征定量描述衍射花样的特又＝)21(sin)21(sinsinA2sin2,sin)sin()sin(.sinsinsinAsinsinsinA)sinsin()sin(sinsin)sinsin(AA222022220200PNNcuIvdddvbuvNvcuIvNvcuddNbbPP,2,,0,sinNNjNdjj征定量描述衍射花样的特又＝)21(sin)21(sinsinA2sin2,sin)sin()sin(.sinsinsinAsinsinsinA)sinsin()sin(sinsin)sinsin(AA222022220200PNNcuIvdddvbuvNvcuIvNvcuddNbbPP•②光栅方程：•垂直入射时：•③谱线的半角宽度：•④谱线的缺级：•5.X射线衍射•布拉格方程：)2,1,0(,)sin(sin0jjd)3,2,1,0(,sinjjdcosNd),2,1,0(jbdkj)3,2,1(,sin20jjd三、几何光学•⒈平面反射与折射：（平面反射镜）•象视深度平板玻璃•⒉全反射：临界角•⒊光学纤维：数值孔径•空气中的光纤：•⒋棱镜：最小偏向角ynny12dnd)11(2ooci428.415.11sin1222111sinnni2sin2sin0AAnAi102222100sinnnun121sinnnic•⒌符号法则:•①线段：右为正，左为负。•上为正，下为负。•②角度：顺为正，逆为负。•③图标均为正。•⒍单球面反射成像：ssyyrffss,2,111⒎单球面折射成像：nnffnfnffnnsnsn,,,fsxfsxffxxsfsf,,,1snsnyyfxxfss•⒏薄透镜：ffxxsfsfsnsn,1,1222112121,,rnnrnnnfnf22112121,,rnnrnnnfnf21::,:21发散—会聚，凸—凹发散—凹会聚，—凸nnnnthennnniffss111ffxx四、光学仪器•⒈放大本领：•①放大镜：•②显微镜：物镜的横向放大率×目镜的放大本领•③望远镜：uutguutgllMfuuM25)25()(21fflM21ffM•3.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610.01nRU0•④棱镜光谱仪：•⑤光栅光谱仪：dcosjffDLjNpdcosjddD线：色：角：ddnfbfDLddnpddnbddD线：色：角：五、光的偏振–⒈五种偏振态–①自然光：–透过理想偏振片后，光强变为原来的一半。–②线偏振光：–③部分偏振光：–④圆偏振光：–⑤椭圆偏振光：20IIIyxminmaxminmaxIIIIP1210tginn）（）（kztyAxAyExEEyxyxcos00.,].ˆ)sin(ˆ)[cos(o右旋—号左旋—号ykztxkztAE为界的矩形框内。椭圆的大小限制在以yyxxyyxxyyxxyxyxyyxxAEAEAEAEAEAEykztAxkztAyExEEkztAEkztAE,sincos2ˆ)cos(ˆ)cos(ˆˆ)cos(),cos(22222为界的矩形框内。椭圆的大小限制在以yyxxyyxxyyxxyxyxyyxxAEAEAEAEAEAEykztAxkztAyExEEkztAEkztAE,sincos2ˆ)cos(ˆ)cos(ˆˆ)cos(),cos(22222•⒉马吕斯定律•⒊o光和e光•⒋波片20tg,cos,sineoeIIAAAA2cosIIdnneo)(22,3,2,1,02)12(4)12()(kkkdnneo)12(2)12(2141kk波片波片⒌偏振光的检验偏振片—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光无消光圆偏振光两次消光位置透射方向光轴IIIIIIImax//041)(41)(六、光的吸收、散射和色散•1.光的吸收：•——朗伯定律，•——比尔定律。•2.光的散射：•——瑞利定律•（天空、太阳、白云）••3.光的色散：laeII0ACleII0）＝（saleII04)(fI2sin12sin2D2,22342AnAddddncban＝角色散率：折射率越小；反常色散：波长越短，折射率越大；正常色散：波长越短，⒊光电效应•①爱因斯坦的光子假设（1905）•光在传播过程中具有波动的特性，而在光和物质相互作用的过程中，光能量是集中在一些叫光量子（光子）的粒子上。产生光电效应的光是光子流，单个光子的能量与频率成正比，即E＝h。•②爱因斯坦光电效应方程：Wmh221七、光的量子性③光子的质量和动量：.,0,,0222chcEpcmchcEmhcmE光子的动量为：运动，光子永远以不变的速度光子的静止质量：光子的质量为：光子的能量为：八、现代光学基础•1.原子发光机理•①玻尔的氢原子模型：eVnZnhZkevAaZnarn6.13E,EE)/(253.0,1221n20121电子轨道总能量：电子轨道速度：电子轨道半径：2.激光•①定义：•由激光器产生的，波长在1mm以下的相干电磁辐射，它由物质的粒子受激发射放大产生，具有良好的单色性、相干性和方向性。•②含义：•光受激辐射放大。“激光”——“Laser”——“Lihgtamplificationbystimulatedemissionofradiation”.③原理：通过辐射的受激发射而实现光放大。④特点：•单色性佳：•频宽：自然线宽：多普勒宽度：谱线宽度：•相干性强：•相干长度：△lH=c△tH。•迈克耳孙干涉仪————光的时间相干性；•杨氏实验——光源的空间相干性。•方向性好：发散角小→亮度高、照度大。2ctv1cuc1012⑤种类：•亦可按激光器工作方式、激励方式及谐振腔等分。•总之，不管怎样分，每一类都包括许多激光器。按激光器工作物质性质分导体激光器泵浦激光器；砷化镓半半导体激光器：二极管准分子气体激光器离子气体激光器分子气体激光器原子气体激光器气体激光器：器、化学激光器液体激光器：燃料激光固体激光器：红宝石等考试安排•1.时间：元月•2.地点：•3.形式：闭卷→监考、主考、巡考•4.内容：1～5、7→8→6•5.题型：填空、选择、简答、作图、计算•6.题量、分值：•7.复习：全面→重点，薄→厚→薄•8.注意：①功夫在平时，考前复习不马虎！•②别留空白题！别交空白卷！考场别作弊！