光学教程-总结.ppt

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1、第一章光的干涉【知识结构】第一章光的干涉第一章光的干涉（1）光程是光在媒质中所经历的几何路径折合成光在真空中的路程，光程的大小等于光在媒质中经历的几何路程r与媒质折射率n的乘积nr。如果光线连续穿过几种媒质，光程为：光程、光程差、相位差（2）来自同一点光源的两束相干光，经历不同的光程在某点相遇，两束光线的光程之差称为光程差Δ。（3）光程差为Δ，两束相干光在该处光振动的相位差为：第一章光的干涉光从光疏媒质正入射或掠入射到光密媒质上，又从分界面反射时，反射光波与入射光波在入射点处（分界面上），两者相位相反，相当于光程增加或减少λ/2，称为半波损失。半波损失：第一章光

2、的干涉此装置是分波阵面的典型，条纹明、暗纹的位置由两束光的光程差Δ决定：杨氏双缝干涉装置：明纹暗纹条纹间距：或条纹形状：为一组与狭缝平行、等间隔的直线。第一章光的干涉此装置是分振幅干涉（即分能量干涉。）薄膜上下表面反射光的光程差为：等倾干涉：上下表面反射光之一有半波损失，取λ/2，上下表面反射光都有半波损失或都没有半波损失时不附加λ/2。明纹暗纹第一章光的干涉平行光从相同的倾角入射不均匀的薄膜，相干光光程差Δ，随膜厚变化，膜厚相同的地方，光程差相同，干涉情况也相同，并处于同一级干涉条纹上。等厚干涉：等厚干涉条纹对应膜的等厚线。等厚干涉条纹只形成在薄膜表面。实际采

3、用最多的是正入射方式，光程差：相邻两级条纹之间膜的厚度差为：条纹间距：为楔角第一章光的干涉牛顿环：亮环半径：条纹形状： 为一组同心园环，环纹间距从中心到边缘逐渐变密，级次从中心到边缘越来越高。暗环半径：曲率半径：第一章光的干涉麦克耳孙干涉仪：第一章光的干涉第二章光的衍射惠更斯原理惠更斯原理表述为：任何时刻波面上的每一点都可作为次波的波源，各自发出球面次波；在以后的任何时刻，所有这些次波的包络面形成整个波在该时刻的新波面。第二章光的衍射惠更斯---菲涅耳原理菲涅尔根据惠更斯的“次波”假设，补充了描述次波的基本特征---相位和振幅的定量表示式，并增加了“次波相干叠加

4、”的原理，使之发展成为惠更斯—菲涅尔原理。第二章光的衍射上式称为菲涅耳积分。借助惠更斯—菲涅耳原理可解释和描述光束通过各种形状的障碍物时所产生的衍射现象。菲涅耳衍射的计算很困难，可以用振幅矢量叠加法做近似的处理。第二章光的衍射菲涅耳半波带在这种情况，由任何相邻两带的对应部分所发出的次波到达P点时的光程差为，而相位差为。这样分成的环形带称为菲涅耳半波带（简称半波带）。第二章光的衍射合振动的振幅矢量为：上式中，当k是奇数时取正号，亮点；当k是偶数时取负号，暗点。第二章光的衍射圆孔的菲涅尔衍射如果用平行光照射圆孔，则第二章光的衍射圆屏的菲涅耳衍射即不管圆屏的大小和位置

5、如何，圆屏几何影子的中心永远有光到达。圆屏遮蔽了开始的k个带，则P点的合振幅为：第二章光的衍射波带片只能让奇数半波带或偶数半波带透光，那么由于各波带上相应各点到达考察点的光程差为波长的整数倍，各次波到达该点时所引起的光振动的相位差为的整数倍，因而相互加强，合振幅为：在任一情况下，合成振动的振幅均为相应的各半波带在考察点所产生的振动振幅之和。这样做成的光学元件叫做波带片。或其中R为物距，为像距波带片的作用类似于透镜成像作用，第二章光的衍射夫朗禾费单缝衍射第二章光的衍射（1）单缝衍射中央最大的位置即（中央最大值的位置）（2）单缝衍射最小值的位置即（最小值位置）（3）

6、单缝衍射次最大的位置（4）又称衍射反比律。物理意义：首先反映了障碍物与光波之间限制和扩展的辨证关系。其次，包含着“放大”。缝宽减小，就增大。不是通常的几何放大，而是一种光学变换放大，这是激光测径和衍射用于物质结构分析的基本原理。第二章光的衍射夫朗禾费圆孔衍射第二章光的衍射艾里斑的半角宽度为：衍射图样是一组同心的明暗相间的圆环。中央亮斑的光强占整个入射光强的84%，称为艾里斑。艾里斑的线半径为：第二章光的衍射任何具有空间周期性的衍射屏都可以叫衍射光栅。第二章光的衍射光栅衍射的强度分布光栅衍射的强度分布第二章光的衍射光栅方程衍射光栅所产生谱线的位置，可写为：这个重要

7、公式称为光栅方程。j称为谱线的级数。可见谱线的半角宽度　　与Ｎd的乘积成反比，Ｎd愈大，　愈小，谱线愈窄，锐度越好。谱线的半角宽度第二章光的衍射对于一定的波长来说，各级谱线之间的距离由光栅常量d决定。各级谱线的强度分布，随b与d的比值而改变。在这个比值为整数的情况下，某些级数的谱线将消失。这种现象称为谱线的缺级。第三章几何光学基本原理费马原理光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值。就是光沿光程最小值、最大值或恒定值的路程传播。是几何光学中的一个最普遍的基本原理，数学表达式为：极值（极小值、极大值或恒定值）单心光束仅考虑光束的传播方向而不讨论其他问题，那么光

8、束可以看做是由许多光线构