《光學教程》期末總復習

光學教程第一章光的干涉▲獲得相干光的基本方法：把光源的微小區(qū)域(點光源)發(fā)出的光波設法分成兩束或多束,然后再使他們重新相遇。（頻率相同,相位差恒定，振動方向基本在一條直線上

）

補充條件：振幅、位相差不能相差太大?！獬?/p>

▲合振動的光強▲極值條件位相條件程差條件明紋暗紋明紋暗紋P0y二、空間相干性和時間相干性▲空間相干性和時間相干性時間相干性空間相干性臨界寬度雙縫最大距離S1d/2S2r0r0光源d0/2LMN0M0N0LI非相干疊加+1L1N三、分波面干涉（雙光束干涉）干涉花樣:平行于狹縫、等間距、等強度的明暗相間條紋，中央為明條紋。▲揚氏雙縫干涉明紋暗紋P0y四、分振幅干涉（雙光束干涉）干涉花樣明暗相間的同心圓環(huán)，干涉條紋呈現在透鏡的焦平面上。d0↑，條紋從中心向外長出，條紋變密；d0

↓，條紋向中心陷落，條紋變疏。（有半波損失）▲等傾干涉明紋暗紋等傾干涉On2d0SfP薄膜透鏡光源玻璃片焦平面λi′iii′k′k干涉花樣平行于棱的明暗相間條紋，有半波損失時，棱處為暗紋。干涉條紋呈在劈尖表面上。角度增加，條紋向棱邊移動，條紋變密；▲等厚干涉

明紋暗紋、不變，（垂直入射）為劈的頂角（有半波損失）●劈尖干涉花樣以接觸點為圓心的一組明暗相間的同心圓環(huán)，中心（d=0）為暗斑。明紋暗紋反射（有半波損失）牛頓環(huán)典型干涉設備邁克耳孫干涉儀

反射鏡移動，或插入玻璃片引起的光程變化，條紋移動情況。SM1M2G1G2EM2a1a1′a2a2′半透半反膜補償板反射鏡反射鏡光源觀測裝置若M2//M1

等傾條紋若M2、M1有小夾角

等厚條紋▲

相鄰透射光束的位相差法布里－珀羅干涉儀0.00.20.40.60.81.0=0.02=0.1=0.4=0.9A2/IA020等振幅多光束干涉N個相干線光源干涉條紋示意圖N

=2N

=3N

=4N

=10N

很大菲涅耳衍射（近場衍射）：障礙物離光源和考察點距離都是有限遠或其中之一的距離為有限遠夫瑯和費衍射（遠場衍射）：光源和考察點到障礙物的距離可以認為是無限遠一、衍射分類第二章光的衍射hRhkR→∞二、菲涅耳半波帶－菲涅耳衍射偶數最大奇數最小▲1.對P點若S恰好分成K

個半波帶：光強介于最大/最小間▲2.對P點若S中含有不完整的半波帶：▲3.若不用光闌（Rhk→∞）：▲

4.圓屏衍射-泊松點。a∞→0圓屏面積↓，ak+1↑

達P點的光愈強。菲涅耳波帶片夫瑯和費單縫衍射I0x1x2衍射屏透鏡觀測屏

f夫瑯和費多縫衍射主極大次極大極小值亮紋()包絡線為單縫衍射的光強分布圖k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3中央亮紋k=6k=-6三.幾種衍射的情況表格（一）中央亮紋角寬度:次級暗紋角寬度平行于狹縫的明暗相間條紋,中央明紋特別亮,其寬度為次極大寬度的兩倍中央極大條件:次極大條件:單縫衍射因子夫氏單縫衍射圓孔中心軸上的光強有強弱變化K為偶數K為奇數半波（奇或偶）

圓孔中心軸上任一點的光強菲氏圓孔衍射極小條件極大條件特征量花樣特征極值條件決定光強分布因素光強分布夫氏圓孔衍射光強分布決定光強分布因素中央極大:以圓孔中心的以明暗相間的同心圓環(huán),中央明紋特別亮,特別寬(愛里斑)愛里斑半角寬度:愛里斑線半徑:衍射光柵單縫衍射因子和多光束干涉因子共同決定主極大:平行于狹縫的明暗相間的條紋,多光束干涉受到單縫衍射因子的調制,條紋銳利,等寬譜線半角寬:缺級條件:(K:單縫衍射最小值的級數)接上表:極小條件極大條件花樣特征第三章幾何光學1、直線傳播定律2、獨立傳播定律3、光路可逆原理4、反射定律面鏡成像規(guī)律（條件：近軸）平面反射成像規(guī)律單球面反射成像規(guī)律5、折射定律折射成像規(guī)律（條件：近軸）棱鏡的折射成像規(guī)律平行平面板的折射成像規(guī)律單球面折射成像規(guī)律薄透鏡成像規(guī)律共軸球面系統(tǒng)成像規(guī)律R→∞費馬原理★★★★BA2.平面反射折射全反射臨界角像似深度y=yn2n13.成像符號法則4.單球面反射成像符號規(guī)則實正虛負規(guī)則；

笛卡爾坐標規(guī)則。

凹凸5.單球面折射成像6.薄透鏡7.薄透鏡、任意光線作圖。Gauss公式:牛頓公式：

第四章光學儀器⒈放大本領：①放大鏡：②顯微鏡：物鏡橫向放大率×目鏡放大本領③望遠鏡：

-U‘O-U‘’o1F1’F2o2物鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)UP`Q`PQQ‘’P‘’U-U‘’2、物鏡與目鏡顯微鏡：A、惠更斯目鏡B、冉斯登目鏡折射式望遠鏡A、開普勒望遠鏡B、伽利略望遠鏡-U‘O-U‘’o1F1’F2o2物鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)UP`Q`PQQ‘’P‘’U-U‘’U`O1O2F1`F2U’’Q’’PQUUQ`OKepler望遠鏡：M<0Galilei望遠鏡：M>03、有效光闌、入瞳和出瞳的確定方法（1）求出系統(tǒng)中每一個光闌經其前方光學系統(tǒng)所成的像。（2）由確定的物點對第一個透鏡,以及各個像作張角，通過比較確定其中張角最小的像。（3）張角最小的像對應的光闌為有效光闌。（4）張角最小的像為入瞳；將已確定的有效光闌經其后方光學系統(tǒng)成像，即可求得出瞳。入射孔徑角uu’uLPMNABA’B’F4.分辨本領：①人眼：②顯微鏡：③望遠鏡：-U‘O-U‘’o1F1’F2o2物鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)UP`Q`PQQ‘’P‘’U-U‘’第五章光的偏振一、五種偏振態(tài)：⒈自然光：⒉線偏振光：⒊部分偏振光：偏振度：⒋圓偏振光：⒌橢圓偏振光：

二、兩個基本定律：三、o光和e光：

OO’θB’BAAoAe四、偏振器件：⒈尼科耳棱鏡：⒉沃拉斯頓棱鏡：⒊波片:①片：能把圓偏振光→線偏振光；也能使線偏振光→橢圓、圓偏振光。

②片：能把左旋圓偏振光→右旋圓偏振光,線偏光⊥入射→線偏振光,但θ→2θ.③片：入射線偏振光→線偏振光五：偏振光的檢驗：六、偏振光的干涉：所以：其中：第六章光的吸收、色散和散射電偶極輻射對反射和折射現象的解釋光通過均勻物質時，各分子將依次按入射光到達分子時的相位做受迫振動。做受迫振動的各分子將依次發(fā)出次級電磁波。光的強度隨穿進媒質的深度而減少的現象,稱為媒質對光的吸收。朗伯定律吸收光譜產生連續(xù)光譜的光源所發(fā)出的光，通過有選擇吸收的介質后，用分光計可以看出某些線段或某些波長的光被吸收。這就形成了吸收光譜。第六章光的吸收、色散和散射在光學性質均勻的介質中或兩種折射率不同的均勻介質的界面上，無論光的直射、反射或折射，都僅限于在特定的一些方向上，而在其他方向光強則等于零，我們沿光束的側向觀察就應當看不到光。但當光束通過光學性質不均勻的物質時，從側向卻可以看到光，這種現象叫做光的散射。散射會使光在原來傳播方向上的光強減弱，它遵從如下指數規(guī)律波長越小，散射越強，波長越大，散射越弱，這種散射稱瑞利散射。散射光的強度第六章光的吸收、色散和散射分子散射在光學性質完全均勻的物質中，光的散射不應該發(fā)生，但在某種程度上仍可以觀察到散射光，這是由于物質分子密度的漲落所引起的。由于分子密度的起伏取決于分子的無規(guī)則運動所以這種散射稱為分子散射。第六章光的吸收、色散和散射這種物質折射率隨波長不同而發(fā)生變化的現象——叫光的色散。同一種物質在不同的波長區(qū)的角色散率有不同的值。這表示折射率與波長之間有比較復雜的關系。棱鏡的角色散率為：稱為柯西方程，式中a、b和c均為正的常量，它們由材料的性質決定。第七章光的量子性光的相速度和群速度相速度：嚴格的單色波（ω有單一確定值）所特有的一種速度。瑞利公式（相速度和群速度的關系）只有在有色散介質中，才必須區(qū)分群速度和相速度，真空中二者是沒有區(qū)別的。第七章光的量子性

叫做該物體在溫度T時發(fā)射頻率為的單色輻射出射度（簡稱單色輻出度）

物理意義：從物體表面單位面積發(fā)出的、頻率在附近的單位頻率間隔內的輻射功率。從物體表面單位面積上發(fā)出的各種頻率的總輻射功率稱為物體的輻射出射度（簡稱輻出度）。第七章光的量子性黑體輻射物體的表面幾乎不反射光，它們能夠在任何溫度下吸收射來的一切電磁輻射，這類物體叫絕對黑體，簡稱黑體。黑體的單色輻出度：斯忒藩-玻耳茲曼公式：維恩根據電磁理論和熱力學理論得到維恩位移定律：瑞利與金斯試圖把能量均分定理應用到電磁輻射能量密度按頻率分布的情況中。得出：稱為瑞利-金斯公式。第七章光的量子性普朗克黑體輻射公式：光電效應電子在光的作用下從金屬表面發(fā)射出來的現象稱為光電效應，逸出來的電子稱為光電子。

（1）飽和電流的大小與入射光的強度成正比。

（2）光電子的最大初動能（或遏止電壓）與入射光的強度無關，而只與入射光的頻率有關。

（3）頻率低于的入射光，無論光的強度多大，照射時間多長，都不能使光電子逸出。

（4）光的照射和光電子的逸出幾乎是同時的，在測量的精度范圍內觀察不出這兩者存在滯后現象。第七章光的量子性愛因斯坦的光子假說及其光電方程

1905年愛因斯坦提出光子假說：一束光就是一束以光速運動的粒子流，這些粒子稱為光子。頻率為的光的每一光子具有能量h。

光電效應方程：一個電子吸收一個光子，由能量守恒有（1）光強大，光子數多，單位時間內釋放的光電子數多，光電流大（2）光電子動能與光頻率成線性關系；（3）w/h才產生光電效應，即存在截止頻率(紅限)；（4）光子能量一次地被一個電子吸收，不需要積累能量的時間。

第七章光的量子性光子的能量和動量光子的能量：光子的動量：康普頓效應第七章光的量子性理論和實驗結果表明，無論是靜止質量為零的光子，還