傅立叶光学-波动光学0223

干涉,光波的表达光波的干涉条件杨氏干涉实验平板的双光束干涉典型的双光束干涉系统平行平板的多光束干涉偏振光学双频干涉术,光波的表达,沿z方向传播的平面波,（标量，推荐优先记忆、使用）,沿空间任一方向传播的平面波,（矢量）,（矢量，三角函数形式）,（矢量，复数形式 ）,光波的表达,球面波复振幅：,柱面波复振幅：,思考：1、如何得到平面波、球面波和柱面波？2、线光源的光波分析。,光波的干涉条件,干涉现象:在两个光波叠加的区域形成稳定的光强分布的现象,干涉条件：,思考：1、为什么两个普通的独立光源发出的光波不能产生干涉？2、一光源发出的两振动方向不同的光波能否产生干涉？,杨氏干涉实验,P点的干涉条纹强度,思考： 1、条纹为什么是直的?2、能观察到的扬氏干涉条纹的最高级数受哪些因素限制？3、扬氏干涉在测量方面的两个应用,等光程差面,思考：1、为什么要讨论等光程差面（等相位差面）的形状？2、平面波、会聚球面波和发散球面波形成的等光程差面（等相位差面）的形状？,x,0,白条纹,白条纹,白光条纹,干涉图样,问题:白光条纹真是这样的吗?,为什么我们不能在窗户玻璃上看到干涉条纹？,杨氏干涉实验,问题:（1）能够测量薄片厚度x?（2）如何选择合适的光源宽度？（3）如何选择合适的缝宽？,问题:你能写出干涉条纹强度分布的表达式吗？,问题:此装置的优点？,瑞利干涉仪,问题:此装置的作用？,问题: 角直径与对比度的关系？,测星干涉仪测量星星的角直径,平板的双光束干涉,分光性质：振幅分割两个干涉的点源：由两个反射面对S点的象S1和S2,条纹定义域：能够得到清晰干涉条纹的区域。,干涉条纹的定域,非定义域条纹,定域条纹,问题: 为什么要讨论定域问题？,平行平板干涉（等倾干涉）,光程差计算,（1）采用扩展光源（2）条纹域在无穷远，（3）条纹成象在透镜的焦平面上。,等倾干涉装置,等倾干涉条纹分析,问题: ()对比牛顿环()对光源的要求？()如何应用在测量方面？,垂直入射时，光程差是厚度 h 的函数，在同一厚度的位置形成同一级条纹。,楔形平板干涉（等厚干涉）,问题: ()对光源的要求？()如何应用在测量方面？,牛顿环,问题: () 反射条纹和透射条纹的差别？()你会利用哪种条纹？,等厚干涉应用,等厚干涉应用,测波长：已知、n，测L可得,测折射率：已知、，测L可得n,测细小直径、厚度、微小变化,基本特点：（1）属于等厚干涉（2）干涉光束，一个来自标准反射面，一个来自被测面。,斐索干涉仪,待测面,问题: 器件为什么是楔形？,迈克尔逊干涉仪,（1）特点：M1 和M2 垂直时是等倾干涉，否则为等厚干涉。（2）M1或M2垂直于光线移动时对条纹的影响？（3） ？,空间相干性时间相干性,照明,迈克尔逊干涉仪,一.原理,M1可移动 M2固定,问题: 此图对吗？,用迈克尔逊干涉仪研究相干长度,光程差不大,不相干,相干,泰曼干涉仪,特点：（1）等厚干涉 （2）在迈克尔逊的一个光路中装了被测光学器件,问题: () 优点？() 能够测量什么？,马赫曾德干涉仪,问题: () 优点？() 能够测量什么？,干涉显微镜,问题: () 优点？() 能够测量什么？,等厚条纹,对比:,等倾条纹,平行平板的多光束干涉,问题:此图是什么意思?,法布里泊罗干涉仪,问题: () 优点？() 能够测量什么？,干涉滤光片（类似于F-P标准具）：两玻璃片基上镀上高反射比金属膜，中间为介质层。,干涉滤波片,参数：中心波长，波长半宽度,干涉滤波片,其中对应同一种波长，如l=5.46x10-7m，m1，m2，m3对应的h1，h2，h3分别称为1，2，3级滤波片。,问题:（）此器件的作用？（）与法布里泊罗干涉仪相比，原理相同或不同之处？,思考,定域条纹的含义？如何观察？为什么我们不能在窗户玻璃上看到干涉条纹？从不同的倾斜方向观察水面上浮的汽油层，颜色会变化，为什么？迈氏干涉仪的优点？如何判断迈氏干涉仪中的等效空气层在增厚还是减薄？如何调节迈氏干涉仪中的镜片，使形成等效空气层的平行？一楔角极小的玻璃平板，一面为标准平面，如何测量楔角（大小和方向）、另一面的平面度及折射率的不均匀性？一照片上的干涉条纹不清晰，有哪些可能的原因？怎样用实验方法确定？双光束干涉如何演变成多光束干涉？多光束干涉的特点及应用。各类干涉仪对照明系统和接收系统的要求。？各类干涉仪分别能够测量哪些几何量和物理量？测量的原理？,偏振光学,偏振态分类偏振光（线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光）自然光部分偏振光=（偏振光+自然光）偏振元件偏振片（启偏、检偏）偏振分束棱镜波片（/2、/4）偏振态转换自然光线偏振光线偏振光圆偏振光线偏振光线偏振光左圆偏振光右圆偏振光,思考,偏振光的类型。偏振片、波片的类型和作用。各类偏振光的检验和相互变换。如何改变平面（线）偏振光的偏振方向？偏振光的应用及其原理。,双频干涉术,双频干涉术的特点： 1、可以防止直流电平漂移。 2、对振动不敏感。 3、双频干涉术的干涉条纹是运动的。实现双频干涉术的前提： 用偏振光学的方法把两个紧密相邻的频率分开，然后再使它们 汇合，进行干涉。双频干涉术必须满足的条件： 1、相干光照明（同单频干涉术） 2、两频率间隔必须能被光电探测器探测。,测试计数器,参考计数器,稳频,偏振片,探测器,扩束器,指示器,例：双频干涉测程仪原理图,偏振分束棱镜,双频干涉仪计算公式,与单频干涉术一致,光频调制技术,主要有三种方法： 声光调制 磁光调制 电光调制,声光调制,运动的位相光栅，产生多普勒效应,磁光调制,塞曼效应：一单纵模的HeNe激光器，它由环形磁铁包着，在磁场的作用下，激光谱线被分成两个相近的谱线，两谱线的频率间隔仅取决于磁场强度。两频率分别为 和 。一个频率是右旋圆偏振光，另一个频率是左旋圆偏振光。,电光调制,多普勒效应：旋转半波片,问题:要考虑这几项吗?,典型孔径的夫琅和费衍射,单缝衍射细线衍射矩孔衍射圆孔衍射双缝衍射多缝衍射,几种分光色散元件性能之比较,常用光栅,（一）平面光栅 透射式、反射式；振幅型、相位型。 （二）闪耀光栅 改变各级主极大的相对强度，使某级光谱得到闪耀。 （三）阶梯光栅 闪耀级次很高。 （四）正弦（振幅型）光栅 -如何制作？,波带片,（一） 原理 ：将奇数或偶数的波带挡住的特殊光阑。有一系列焦点存在.（二）功能：具有一般透镜的聚焦、成像作用,有利于消除色差（三）制作方法：照相微缩法、全息照相法,思考题-光的电磁理论基础,麦氏方程在光学中的作用。平面简谐波的几种表达式的联系和区别，以及其中各物理量之间的关系。如何得到平面波、球面波、柱面波？光强与电场强度、振幅的关系。当一束光射在两透明介质的界面上时，会发生只有透射而无反射的情况吗？振幅透过率可能大于1吗？可以直接测定一简谐波的相位吗？相位由几项构成？何种叠加可以看成是干涉？理解自然光的分解和叠加 。,振动方向垂直的两线偏振光相位差与合成光偏振态的关系。描述椭圆偏振光。描述双频干涉条纹。双频干涉的原理、应用。傅里叶变换在光波分析中的意义。为什么说相位差是波动光学中最重要的概念？,思考题-光的电磁理论基础,思考题-干涉,产生干涉的条件。为什么产生干涉的相干光必须来自同一发光原子的同一发光过程，为什么？影响干涉条纹对比度的因素（全面考虑几何光学系统、波动光学系统和接收系统）。理解空间相干性和时间相干性。为什么两个普通的独立光源发出的光波不能产生干涉？一光源发出的两振动方向不同的光波能否产生干涉？扬氏干涉在测量方面的两个应用。能观察到的扬氏干涉条纹的最高级数受哪些因素限制？平面波、会聚球面波和发散球面波形成的等光程差面（等相位差面）的形状？为什么要讨论等光程差面（等相位差面）的形状？等厚干涉和等倾干涉各自的特点。定域条纹的含义？如何观察？为什么我们不能在窗户玻璃上看到干涉条纹？,思考题-干涉,从不同的倾斜方向观察水面上浮的汽油层，颜色会变化，为什么？迈氏干涉仪的优点？如何判断迈氏干涉仪中的等效空气层在增厚还是减薄？如何调节迈氏干涉仪中的镜片，使形成等效空气层的平行？迈氏干涉仪中补偿板的作用。一楔角极小的玻璃平板，一面为标准平面，如何测量楔角（大小和方向）、另一面的平面度及折射率的不均匀性？一照片上的干涉条纹不清晰，有哪些可能的原因？怎样用实验方法确定？双光束干涉如何演变成多光束干涉？多光束干涉的特点及应用。干涉的类型|及其各自特点、应用。各类干涉仪对接收系统的要求。？各类干涉仪对照明系统分别有何具体要求？各类干涉仪分别能够测量哪些几何量和物理量？测量的原理？,思考题-衍射,典型夫琅和费衍射的类型。为什么是缝间干涉的主极大条件，而却是单缝衍射的暗纹条件？设缝宽与缝间距离之比（不可简约的分数），讨论缺级情况。的情况应该怎样理解？a、d和N的变化是如何影响主极大的位置、半角宽度和强度的？N缝衍射中入射光能与单缝衍射中入射光能之比是N，而主极大强度之比是N平方，这违反能量守恒律吗？比较双缝干涉和双缝衍射。衍射屏上有大量缝宽相同、但缝间距离作无规分布的缝，它的衍射图样如何？在玻璃板上撒上大量无规分布的不透明的球形颗粒，设颗粒半径相同，求衍射强度分布的函数表达式。你能测定颗粒半径和密度吗？,思考题-衍射,为什么太阳或月亮的周围有时出现彩色晕圈？斜入射能否将单缝衍射零级与缝间干涉零级分离？夫琅和费衍射与傅立叶变换的关系。在光谱仪中为什么人们爱用反射镜（平面、凹