光学期末复习

1、物理名词物理名词 能流密度矢量（坡印亭矢量）能流密度矢量（坡印亭矢量） 等相面（波面）等相面（波面） 平面波平面波 球面波球面波 自然光自然光 线偏振光线偏振光 （椭）圆偏振光（椭）圆偏振光 偏振度偏振度 布儒斯特角布儒斯特角 全反射全反射 半波损失半波损失 k, 波数波数 );cos()(cos),(00tkztzktzEEE2k ，频率频率 , , 角频率角频率E0，振幅矢量振幅矢量kz - t，相位相位22 k(4141)pkdzdt p相速度等 相 位 面 的 传 播 速 度实实数数表表示示复数表示复数表示)cos(),(00tkzEtzE)(2cos),(00TtzEtzE)cosc

2、oscos(2cos),(00TtzyxEtrE)cos(),(00tzkykxkEtEzyxr发散柱面波发散柱面波一维平面波一维平面波三维平面波三维平面波发散球面波发散球面波)cos(),(00tkrrEtrE)cos(),(00tkrrEtrE)cos(00tkrrEE)cos(00tkrrEE会聚球面波会聚球面波会聚柱面波会聚柱面波)exp()(exp)(),(00tiiEtrkrEr r)(exp)(00rkrriE)(E)()(cos)()(2)()()(122010220210PPPPPEPEPIEE 干涉必要条件干涉必要条件1) 同频率同频率； 即即E10不垂直于不垂直于E20

3、；2) 对给定的对给定的P点，二光波振动相位差恒定。点，二光波振动相位差恒定。 02010 EE)()()(12PPP不随时间变化不随时间变化讨论：讨论：在某些特殊位置在某些特殊位置 合光强合光强220102010220210)(2EEEEEEIM 相长干涉相长干涉2),.)2, 1, 0( , ) 12(mm合光强合光强220102010220210)(2EEEEEEIm 相消干涉相消干涉,.)2, 1, 0( , 2mm1)cos2)(2010220210EEEErI三、光的偏振态三、光的偏振态 完全偏振光完全偏振光：（：（IP）线偏振，圆偏振，椭圆，）线偏振，圆偏振，椭圆，Ex, Ey

4、相位差恒定。相位差恒定。 非完全偏振光非完全偏振光：自然光（：自然光（In），），Ex, Ey 相位无关。相位无关。 部分偏振光部分偏振光： IP 和和In两者混合。两者混合。 pnIIIpppnIIpIII线偏振线偏振自然光自然光IlIn部分偏振光部分偏振光In/2In/2IlIm 偏振光模型：偏振光模型： 线偏振光线偏振光自然光自然光部分偏振光部分偏振光,21nII 2222coscosllpIEEI22sincosmMIII2cos21lnIII1P1P2P0I1I2I 马吕斯（马吕斯（Malus）定律）定律 = /2 = = -/20 /2-/2 0/2 - -/2 = = 0 = 0

5、光的偏振态与光的偏振态与 的关系的关系0 0，左旋；，左旋； 0 ( 2), 或或sin 0，右旋，右旋。 2、掠入射：由光疏、掠入射：由光疏光密光密 有半波损。有半波损。 3、全反射临界角：、全反射临界角： 112211sinsin ()cninn21nn112211ibniitgntgn4、0,0,0RppprR自然光入射，反射光为自然光入射，反射光为S态。态。 四、反射及折射四、反射及折射 1、正入射：、正入射： 由光疏由光疏光密光密 有半波损；有半波损； 由光密由光密光疏光疏 无半波损。无半波损。 玻璃片堆玻璃片堆1) 1) 利用玻璃片堆的多次反射利用玻璃片堆的多次反射, , 提高反射

6、线偏振光的强度提高反射线偏振光的强度。i0i0i0i0i0 i0 玻璃玻璃片堆片堆2) 2) 经多层玻璃板经多层玻璃板, 透射光变为透射光变为 p态线偏振光。态线偏振光。物理名词物理名词 光的干涉光的干涉 相干光相干光 平面波平面波 球面波球面波 衬比度衬比度 等倾干涉等倾干涉 等厚干涉等厚干涉 精细度系数精细度系数 色散本领色散本领 色分辨本领色分辨本领 自由光谱范围自由光谱范围 增透膜增透膜 增反模增反模 cos2 1)(cos2121IIIIIPm光强极大光强极大光强极小光强极小条纹衬比度：条纹衬比度：mMmMIIIIV)10( V;cos2 1)(cos2121IIIIIPMcosco

7、s)()(2)()()(2121PIPIPIPIPI一一 光的相干性光的相干性: : 光源、相干光的获得光源、相干光的获得21drrxZ 条纹特点条纹特点dDx S2S1SdP0PsZZs1R2R1r2rxx y y光源平面光源平面孔径平面孔径平面观察平面观察平面明纹：明纹：k暗纹：暗纹：2) 12(k2Sdb1S2SZsZe d = R /b 相应的即为 横向相干线度。 b 当确定时, = R /d c相应的即光源临为宽度。界 b d 当确定时,2、光场的时间相干性、光场的时间相干性三个等效描述：三个等效描述：1) 相干长度相干长度 即波列长度；即波列长度；2) 相干时间相干时间 即光源辐射

8、一个波列的时间；即光源辐射一个波列的时间；3) 光源的光谱展宽光源的光谱展宽 或或 。cLt2tcLc五五. .分振幅干涉分振幅干涉 等倾条纹等倾条纹分振幅法分振幅法薄膜薄膜1 12 2光程差光程差2sin22cos202202innhinh等倾干涉图样是一组以焦点为中心的等倾干涉图样是一组以焦点为中心的同心圆环同心圆环，中心中心对应的干涉级次对应的干涉级次最高。最高。越往外越密。越往外越密。干涉条纹干涉条纹等等线线等等i0线线白光条纹白光条纹同级环中，红光在内，紫光在外同级环中，红光在内，紫光在外动态变化动态变化 (h变化变化)五五. .分振幅干涉分振幅干涉1.楔形板（膜）的等厚干涉楔形板（

9、膜）的等厚干涉光程差公式光程差公式2 2cos 2nh 12mmhhhn ne2干涉条纹干涉条纹等等线线等等h线线条纹形状条纹形状条纹为平行等距直线，与棱平行条纹为平行等距直线，与棱平行. .相邻明相邻明( (暗暗) )纹高度差纹高度差条纹间距条纹间距mh1mh明纹明纹暗纹暗纹eh白光条纹白光条纹动态变化动态变化2. 牛顿环牛顿环 hmrBAOCR光程差：光程差：22h2) 12(RkrkkRrk中心中心： ，暗点，暗点, ,级次最低级次最低02 ， h明环：明环：暗环：暗环：条纹特点：条纹特点：r =0 暗环，暗环，r 越大条纹越密，越大条纹越密，动态变化动态变化白光条纹白光条纹六六 迈克耳

10、逊干涉仪迈克耳逊干涉仪2Nd条纹种类条纹种类等倾圆环条纹等倾圆环条纹 牛顿环牛顿环( (平凸透镜平凸透镜) ) 楔形膜等厚条纹楔形膜等厚条纹形成条件形成条件 M1/M2 扩展光源扩展光源 很小很小,正入射正入射(点光源准直点光源准直) 定域定域无穷远处无穷远处或透镜焦面或透镜焦面 膜表面附近膜表面附近 形状形状 同心圆环，内疏外密同心圆环，内疏外密 平行等距直线平行等距直线动态变化动态变化(h增大增大)中心亮暗交替中心亮暗交替条纹从中心向条纹从中心向外扩散，变密外扩散，变密中心亮暗交替中心亮暗交替条纹向中心收缩并沉没条纹向中心收缩并沉没条纹密度不变条纹密度不变条纹向棱平移条纹向棱平移条纹密度不

11、变条纹密度不变 h 大时条纹向棱凸大时条纹向棱凸 白光条纹白光条纹h=0,均匀暗场均匀暗场h很小很小,彩纹彩纹 内红外紫内红外紫 h=0, 暗点暗点中心附近数条彩环中心附近数条彩环内紫外红内紫外红h = 0，暗线暗线两侧彩条对称两侧彩条对称 近棱紫远棱红近棱紫远棱红小结小结引入引入精细系数精细系数2)1(4RRF条纹整体形状与双光束等倾干涉条纹非常类似条纹整体形状与双光束等倾干涉条纹非常类似更为细锐更为细锐条纹精细度条纹精细度RRFN122八八 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪分光元件特性的三个技术指标：分光元件特性的三个技术指标： 自由光谱范围；自由光谱范围； 色分辨本领；色分辨本领； 角

12、角/线色散本领线色散本领01 2n hm等价于不镀膜120112 (21) 4nnn hmnn增反增透利用在薄膜上、下表面反射光干涉利用在薄膜上、下表面反射光干涉相长或相消相长或相消的的原理，使反射光得到增强或减弱，可制成光学元原理，使反射光得到增强或减弱，可制成光学元件件增透膜或增反膜增透膜或增反膜物理名词物理名词 光的衍射光的衍射 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理 巴俾涅原理巴俾涅原理 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射 菲涅耳衍射菲涅耳衍射 菲涅耳波带片菲涅耳波带片 成像系统分辨本领成像系统分辨本领 瑞利判据瑞利判据 一、光的衍射现象：一、光的衍射现象：二、惠更斯二、惠更斯-菲涅耳原理：菲涅耳原

13、理：三、分类：三、分类：菲涅耳衍射（近场衍射）菲涅耳衍射（近场衍射）夫琅和费衍射（远场衍射）夫琅和费衍射（远场衍射）四四 菲涅耳衍射菲涅耳衍射矢量图解法矢量图解法半波带法半波带法2)11(psZZm求得求得m后，用矢量图解法后，用矢量图解法(m整数整数)和和半波带法半波带法(m=整数整数)求解。求解。 图案是从中心向外图案是从中心向外亮暗交替的圆环亮暗交替的圆环， 增大时，增大时，中心点亦亮暗交替。中心点亦亮暗交替。圆孔对点圆孔对点P露出的半波带数露出的半波带数mAP总不为零总不为零,即屏后轴上点即屏后轴上点总为亮点总为亮点。sPDR20mr 0r泊松点泊松点2111spmZZm波带片的焦距为

14、波带片的焦距为 mfm2五五 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射1 / mma条纹角宽度相邻两暗点之间的间隔为相邻两暗点之间的间隔为/xfa ()2aaa 对主极大2/xf a sin/a20(s in/)II衍射强度分布公式衍射强度分布公式式中式中 是衍射角是衍射角自然光入射自然光入射,彩色条纹彩色条纹, 条纹条纹 紫紫 红红 ,mx光强：光强：2012( )/ IIJ ZZkaZ 01.2 02.61fDrfa1）光强分布具有以）光强分布具有以P0为中心的圆对称性。为中心的圆对称性。 2）在几何像点光强具有极大值，中心亮斑）在几何像点光强具有极大值，中心亮斑艾里艾里斑斑（0级主极强）。级主极强）。3

15、）中心向外亮暗交替的同心环，亮度急剧衰减。）中心向外亮暗交替的同心环，亮度急剧衰减。多缝衍射多缝衍射单缝衍射单缝衍射(a)缝间干涉缝间干涉(d,N)光栅常数：光栅常数：d=a+b 1、装置：、装置： 2、图样：、图样： 3、光栅方程、光栅方程： dsin =k 4、将白光代替单色光，将白光代替单色光，则则中央零级主明纹中央零级主明纹为白色，其余各级为彩色光谱，高级次重叠为白色，其余各级为彩色光谱，高级次重叠(sinsin )dim5、谱线的缺级：、谱线的缺级： kdsinkasin缺级缺级：kadk)2, 1( k 自由光谱范围；自由光谱范围； 色分辨本领；色分辨本领； 角角/线色散本领线色散

16、本领6、最多能看到的光谱的级次及数目：、最多能看到的光谱的级次及数目： .令令dsin =k 中的中的2求出求出k值值.注意注意:1) k为小数为小数,取整取整k即为能看到的明条纹的最高级次即为能看到的明条纹的最高级次.2) k为整数为整数,实际能看到的明条纹的最高级次为实际能看到的明条纹的最高级次为(k-1).最多能看到的明条纹数目最多能看到的明条纹数目:1).若无缺级若无缺级,则最多能看到的明条纹数目为最高级则最多能看到的明条纹数目为最高级 次次k的的2倍加倍加1:(2 k+1)2).若有缺级若有缺级,还需扣除所缺级的条纹数目还需扣除所缺级的条纹数目物理名词物理名词 光轴光轴 主截面主截面

17、 寻常光寻常光 非常光非常光 旋光现象旋光现象 琼斯矢量琼斯矢量 1 线偏振器线偏振器一一.光在晶体中中的传播光在晶体中中的传播 O光和光和e光光cossinAAAAeodnneo)(2二二.晶体光学器件晶体光学器件2 波晶片波晶片AAoAe 光轴光轴P 振幅关系振幅关系相位差相位差 四分之一波晶片（四分之一波晶片（/4波片）波片） 能使能使o光和光和e光的相位差为光的相位差为/2奇数倍的波晶片叫做四分之一波奇数倍的波晶片叫做四分之一波晶片（晶片（/4波片）波片）四分之一波晶片最小厚度四分之一波晶片最小厚度41eonnd/4片（片（专指最小厚度波片）专指最小厚度波片）正晶（正晶（none）,c/2；半波片（半波片（/2波片）波片）能使能使o光和光和e光的相位差为光的相位差为奇数倍的波晶片奇数倍的波晶片最小厚度最小厚度21eonnd特点特点: