光學(xué)復(fù)習(xí)資料

1、一、光的干涉一、光的干涉 1. 基本概念基本概念 光的電磁理論光的電磁理論 光是某一波段的電磁波，光是某一波段的電磁波， 其速度就是電其速度就是電磁波的傳播速度；可見光在電磁波譜中只磁波的傳播速度；可見光在電磁波譜中只占很小的一部分，波長在占很小的一部分，波長在 390 760 nm 的的狹窄范圍以內(nèi)。狹窄范圍以內(nèi)。 相干條件相干條件 頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定。頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定。 干涉的分類干涉的分類 分波面干涉、分振幅干涉和分振動(dòng)面干涉。分波面干涉、分振幅干涉和分振動(dòng)面干涉。 楊氏雙縫楊氏雙縫 相位差：相位差： 光程差：光程差： d 光強(qiáng)分布：光強(qiáng)分布： + 極值

2、條件：極值條件： 條紋：條紋：dryyydrjdrjyjj01002) 12(暗亮 ) 12(2jj2) 12(jj暗極小亮極大221221)()(AAIAAIcos221212AAAAAI2012sinrydrrcos221212AAAAAI 薄膜干涉薄膜干涉 光程差：光程差： 等傾：等傾： 等厚：等厚：, 2 , 1 , 0)cos2()cos4() 12(2222jinjinjh極小相消極大相長, 2 , 1 , 02) 12(cos222jjjihn極小相消極大相長2cos22sin22212122ihninnh 邁氏干涉儀邁氏干涉儀 原理：分振幅法薄膜干涉原理：分振幅法薄膜干涉 裝置

3、：裝置： 干涉條件：干涉條件： （n1 =n2 = 1 i1 =i2 = 2 且沒有額外光程差）且沒有額外光程差） 基本公式：基本公式： 或者或者, 2, 1 , 02)12(cos2jjjih相消相長2Nh Nh2 5. 5. 劈尖劈尖 6. 牛頓環(huán)牛頓環(huán)j22nd03, 2, 12, 1, 0212jRjrjRjr暗亮即：xdtansin0二、光的衍射二、光的衍射 1. 1. 基本概念基本概念 衍射定義衍射定義 光繞過障礙物偏離直線傳播而進(jìn)入幾何陰影，光繞過障礙物偏離直線傳播而進(jìn)入幾何陰影，并在屏幕上出現(xiàn)光強(qiáng)分布不均勻的現(xiàn)象。并在屏幕上出現(xiàn)光強(qiáng)分布不均勻的現(xiàn)象。 衍射條件衍射條件 障礙物的

4、線度和光的波長可以比擬障礙物的線度和光的波長可以比擬 衍射的分類衍射的分類 a. 菲涅耳衍射：近場、求和、點(diǎn)光源。菲涅耳衍射：近場、求和、點(diǎn)光源。 b. 夫瑯禾費(fèi)衍射：遠(yuǎn)場、積分、平行光。夫瑯禾費(fèi)衍射：遠(yuǎn)場、積分、平行光。l 菲涅爾衍射：菲涅爾衍射： 半波帶理論：半波帶理論： 圓孔衍射：圓孔衍射： ，平行光平行光 ： 圓屏衍射：圓屏衍射： k 不大時(shí)，不大時(shí)， ，幾何中心永遠(yuǎn)有光；，幾何中心永遠(yuǎn)有光； k 很大時(shí)，很大時(shí)， ，直線傳播。，直線傳播。 波帶片：波帶片： 奇數(shù)奇數(shù) 偶數(shù)偶數(shù)21201rrrr)(21) 1(1121kkkkaaaaaA)11(02Rrk0rkk)(R21kaA 0A

5、0A)(21) 1(1121kkkkaaaaaAkkkaaaaA12531kkkaaaaA12531k2642:kkaaaaAork2642:kkaaaaAor 3. 3. 夫瑯禾費(fèi)衍射：夫瑯禾費(fèi)衍射： 單縫衍射：單縫衍射： 合振幅：合振幅： 光強(qiáng)分布：光強(qiáng)分布： 中央最大值：中央最大值： 極小值：極小值： 次最大：次最大：sin,sincsin00buuAuuAApuIAIpp202sinc0sin0), 3, 2, 1(sinkbkk ), 3, 2, 1()21(sin00kbkk， 角寬度： 線寬度： 圓孔衍射： 光強(qiáng)分布： ， ：一階貝塞爾函數(shù)。 愛里斑半角寬度：DR22.161.0

6、sin112210)2(mmJIIp1J2flkbkksin 平面透射光柵強(qiáng)度分布： 單縫衍射因子 縫間干涉因子主最大位置：最小值位置： 兩個(gè)主最大之間有N-1個(gè)最小值，由N-2個(gè)次最大。單縫衍射因子為0時(shí)也出現(xiàn)最小值，), 3, 2, 1, 0(sinjdj), 2, 1, 0(sinjbkk征定量描述衍射花樣的特又)21(sin)21(sinsinA2sin2,sin)sin()sin(.sinsinsinAsinsinsinA)sinsin()sin(sinsin)sinsin(AA222022220200PNNcuIvdddvbuvNvcuIvNvcuddNbbPP,2, 0,sinN

7、NjNdjj征定量描述衍射花樣的特又)21(sin)21(sinsinA2sin2,sin)sin()sin(.sinsinsinAsinsinsinA)sinsin()sin(sinsin)sinsin(AA222022220200PNNcuIvdddvbuvNvcuIvNvcuddNbbPP 光柵方程： 垂直入射時(shí)： 譜線的半角寬度： 譜線的缺級(jí)： 5. X射線衍射 布拉格方程：)2, 1, 0( ,)sin(sin0jjd)3, 2, 1, 0( ,sinjjdcosNd), 2, 1, 0(jbdkj)3 , 2 , 1( ,sin20jjd 三、幾何光學(xué)三、幾何光學(xué) 平面反射與折射：

8、 （平面反射鏡） 象視深度 平板玻璃 全反射：臨界角 光學(xué)纖維：數(shù)值孔徑 空氣中的光纖： 棱鏡： 最小偏向角ynny12dnd)11 (2ooci428.415.11sin1222111sinnni2sin2sin0AAnAi 102222100sinnnun121sinnnic 符號(hào)法則符號(hào)法則: : 線段：右為正，左為負(fù)。線段：右為正，左為負(fù)。 上為正，下為負(fù)。上為正，下為負(fù)。 角度：順為正，逆為負(fù)。角度：順為正，逆為負(fù)。 圖標(biāo)均為正。圖標(biāo)均為正。 單球面反射成像：單球面反射成像：ssyyrffss,2,111 單球面折射成像：單球面折射成像：rnnsnsnnnffnfnffnnsnsn,

9、fsxfsxf fxxsfsf, 1snsnyyfxxfss 薄透鏡：薄透鏡： f fxxsfsfsnsn, 1,12 22112121,rnnrnnnfnf22112121,rnnrnnnfnf:,:21發(fā)散會(huì)聚，凸凹發(fā)散凹會(huì)聚，凸nnnnthennnnif2111) 1(11rrnfffss111f fxx四、光學(xué)儀器四、光學(xué)儀器放大本領(lǐng)放大本領(lǐng)：放大鏡：放大鏡：顯微鏡：顯微鏡： 物鏡的橫向放大率目鏡的放大本領(lǐng)物鏡的橫向放大率目鏡的放大本領(lǐng)望遠(yuǎn)鏡：望遠(yuǎn)鏡：uutguutgllMfuuM25 )25()(21fflM21ffM3. 3. 分辨本領(lǐng)：分辨本領(lǐng)：人眼：人眼：顯微鏡：顯微鏡： 望遠(yuǎn)

10、鏡：望遠(yuǎn)鏡：fd220. 1ynsinu610. 0yRU610.0101610.0610.001RUnRv610. 01nRU0 棱鏡光譜儀：棱鏡光譜儀： 光柵光譜儀：光柵光譜儀：dcosjffDLjNpdcosjddD線：色：角：ddnfbfDLddnpddnbddD線：色：角：五、光的偏振五、光的偏振 五種偏振態(tài)五種偏振態(tài)自然光：自然光： 透過理想偏振片后，光強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼囊话?。透過理想偏振片后，光強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼囊话搿?線偏振光：線偏振光： 部分偏振光：部分偏振光： 圓偏振光：圓偏振光：橢圓偏振光：橢圓偏振光：20IIIyxminmaxminmaxIIIIP1210tginn）（）（kzty

11、AxAyExEEyxyxcos00.,.)sin( )cos(o右旋號(hào)左旋號(hào)ykztxkztAE為界的矩形框內(nèi)。橢圓的大小限制在以yyxxyyxxyyxxyxyxyyxxAEAEAEAEAEAEykztAxkztAyExEEkztAEkztAE,sincos2 )cos( )cos()cos(),cos(22222為界的矩形框內(nèi)。橢圓的大小限制在以yyxxyyxxyyxxyxyxyyxxAEAEAEAEAEAEykztAxkztAyExEEkztAEkztAE,sincos2)cos()cos()cos(),cos(22222 馬呂斯定律馬呂斯定律 o o光和光和e e光光 波片波片20tg,

12、cos,sineoeIIAAAA2cosIIdnneo)(22, 3 , 2 , 1 , 02) 12(4) 12()(kkkdnneo) 12(2) 12(2141kk波片波片 偏振光的檢驗(yàn)偏振光的檢驗(yàn) 偏偏 振振 片片 線偏振光有兩次消光偏振片片橢圓偏振光部分偏振光無消光變變自然光沒變偏振片片圓偏振光自然光沒變橢圓偏振光有兩次消光部分偏振光光無消光圓偏振光兩次消光位置透射方向光軸IIIIIIImax/041)(41)(六、光的吸收、散射和色散六、光的吸收、散射和色散 1.1.光的吸收：光的吸收： 朗伯定律，朗伯定律， 比爾定律。比爾定律。 2.2.光的散射：光的散射： 瑞利定律瑞利定律 （

13、 天空、太陽、白云）天空、太陽、白云） 3.3.光的色散：光的色散：laeII0ACleII0）（saleII04)(fI2sin12sin2D2,22342AnAddddncban角色散率：折射率越??；反常色散：波長越短，折射率越大；正常色散：波長越短， 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 愛因斯坦的光子假設(shè)（愛因斯坦的光子假設(shè)（1905） 光在傳播過程中具有波動(dòng)的特性，而在光光在傳播過程中具有波動(dòng)的特性，而在光和物質(zhì)相互作用的過程中，光能量是集中在一和物質(zhì)相互作用的過程中，光能量是集中在一些叫光量子（光子）的粒子上。產(chǎn)生光電效應(yīng)些叫光量子（光子）的粒子上。產(chǎn)生光電效應(yīng)的光是光子流，單個(gè)光子的能量與頻率成正比

14、，的光是光子流，單個(gè)光子的能量與頻率成正比，即即 Eh 。 愛因斯坦光電效應(yīng)方程：愛因斯坦光電效應(yīng)方程： Wmh221七、光的量子性七、光的量子性 光子的質(zhì)量和動(dòng)量：光子的質(zhì)量和動(dòng)量：.,0,0222chcEpcmchcEmhcmE光子的動(dòng)量為：運(yùn)動(dòng)，光子永遠(yuǎn)以不變的速度光子的靜止質(zhì)量：光子的質(zhì)量為：光子的能量為：八、現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)八、現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ) 1.原子發(fā)光機(jī)理原子發(fā)光機(jī)理 玻爾的氫原子模型玻爾的氫原子模型 ：eVnZnhZkevAaZnarn6 .13E,EE)/(253. 0,1221n20121電子軌道總能量：電子軌道速度：電子軌道半徑：原子發(fā)光機(jī)理：原子發(fā)光機(jī)理：3321211211

15、22122212120221212211211121212218,)(,A1)(,chvBABBBnvunBneNNAnnnvunBnEEhvt受激輻射：平均壽命自發(fā)輻射：吸收：2. 2. 激激 光光 定義：定義： 由激光器產(chǎn)生的，波長在由激光器產(chǎn)生的，波長在1mm以下的相以下的相干電磁輻射，它由物質(zhì)的粒子受激發(fā)射放大干電磁輻射，它由物質(zhì)的粒子受激發(fā)射放大產(chǎn)生，具有良好的單色性、相干性和方向性產(chǎn)生，具有良好的單色性、相干性和方向性。 含義：含義： 光受激輻射放大。光受激輻射放大?！凹す饧す狻薄癓aser”“Lihgt amplification by stimulated emission of radiation”. 原理：原理： 通過輻射的受激發(fā)射而實(shí)現(xiàn)光放大。通過輻射的受激發(fā)射而實(shí)現(xiàn)光放大。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 單色性佳：單色性佳： 頻寬：頻寬： 自然線寬：自然線寬： 多普勒寬度：多普勒寬度： 譜線寬度：譜線寬度： 相干性強(qiáng)：相干性強(qiáng)： 相干長度：相干長度：l lH H = c = c t tH H 。 邁克耳孫干涉儀邁克耳孫干涉儀光的光的時(shí)間相干性；時(shí)間相干性； 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)光源的空間相干性。光源的空間相干性。 方向