南京大學(xué)大學(xué)物理下課件-第11章波動光學(xué)

匯報(bào)人:鄭老師2023-12-31南京大學(xué)《大學(xué)物理（下》課件-第11章波動光學(xué)-2目錄CONTENCT波動光學(xué)的概述光的干涉光的衍射光的偏振波動光學(xué)的應(yīng)用01波動光學(xué)的概述定義重要性波動光學(xué)的定義和重要性波動光學(xué)是研究光的波動性質(zhì)和傳播規(guī)律的科學(xué)分支，主要關(guān)注光波的干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象。波動光學(xué)在科學(xué)、工程和日常生活中具有廣泛的應(yīng)用，如光學(xué)儀器、通信技術(shù)、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。早期發(fā)展干涉和衍射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)代進(jìn)展波動光學(xué)的基礎(chǔ)可以追溯到17世紀(jì)，當(dāng)時科學(xué)家們開始研究光的傳播和反射。19世紀(jì)中葉，科學(xué)家們通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光的波動性質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)了光的干涉和衍射現(xiàn)象。隨著激光和光纖等技術(shù)的出現(xiàn)，波動光學(xué)得到了更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。波動光學(xué)的發(fā)展歷程01020304光波的描述干涉原理衍射原理偏振原理波動光學(xué)的基本原理光波在傳播過程中遇到障礙物時，會繞過障礙物產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，形成衍射條紋。當(dāng)兩束或多束相干光波相遇時，它們會相互疊加產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，形成明暗相間的干涉條紋。光波是由振幅、頻率和相位等參數(shù)描述的波動現(xiàn)象。光波具有偏振性質(zhì)，即光波的電場和磁場分量在空間上具有一定的方向性。02光的干涉光的干涉是指兩束或多束相干光波在空間某些區(qū)域相遇疊加，形成光強(qiáng)分布的周期性變化現(xiàn)象。干涉現(xiàn)象是波動光學(xué)中非常重要的內(nèi)容，也是理解光的本質(zhì)和特性的關(guān)鍵之一。干涉現(xiàn)象不僅存在于實(shí)驗(yàn)室條件下，也廣泛存在于自然界和日常生活中，如肥皂泡呈現(xiàn)彩色、光學(xué)顯微鏡中的干涉現(xiàn)象等。光的干涉現(xiàn)象010203040545%50%75%85%95%干涉的條件包括相干光源、光程差恒定和光程差相等。相干光源是指頻率相同、振動方向相同、相位差恒定的兩束或多束光波。光程差恒定是指兩束光波在相遇點(diǎn)處的光程差必須保持恒定，以保證干涉現(xiàn)象的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。光程差相等是指兩束光波在相遇點(diǎn)處的光程差必須相等，以保證干涉現(xiàn)象的出現(xiàn)和加強(qiáng)。干涉原理是利用相干光波在空間相遇疊加后，光強(qiáng)分布的周期性變化來形成干涉圖樣。干涉的條件和原理雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是研究光的干涉現(xiàn)象的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一，通過在單色光源前放置兩個相距一定距離的小縫，使光波通過雙縫后形成兩束相干光波，在屏幕上觀察到明暗交替的干涉條紋。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，干涉條紋的間距與雙縫間距、光源波長等因素有關(guān)，可以用來驗(yàn)證光的波動性和光的相干性等基本原理。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)薄膜干涉是指光波在薄膜表面反射和透射后形成的干涉現(xiàn)象。薄膜干涉現(xiàn)象中，由于薄膜表面反射和透射的光波在空間相遇疊加，形成光強(qiáng)分布的周期性變化，從而產(chǎn)生明暗交替的干涉圖樣。薄膜干涉現(xiàn)象在光學(xué)儀器、光學(xué)檢測等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如增透膜、反射膜等光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)和制備。薄膜干涉現(xiàn)象03光的衍射01020304光的衍射是指光在傳播過程中遇到障礙物時，繞過障礙物邊緣繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。光的衍射現(xiàn)象光的衍射是指光在傳播過程中遇到障礙物時，繞過障礙物邊緣繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。光的衍射是指光在傳播過程中遇到障礙物時，繞過障礙物邊緣繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。光的衍射是指光在傳播過程中遇到障礙物時，繞過障礙物邊緣繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。衍射可以根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，如根據(jù)波長、障礙物形狀、觀察結(jié)果等。根據(jù)波長不同，衍射可以分為可見光衍射和無線電波衍射等。根據(jù)障礙物形狀不同，衍射可以分為單縫衍射、圓孔衍射、矩形孔衍射等。衍射的原理是光波在傳播過程中遇到障礙物時，會發(fā)生反射、折射和散射等現(xiàn)象，其中散射就是衍射現(xiàn)象。衍射的分類和原理單縫衍射實(shí)驗(yàn)是研究光波衍射現(xiàn)象的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一。在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，將單色光通過一條狹窄的縫隙，觀察到光斑的分布情況。光斑的分布情況與縫隙的寬度、光的波長等因素有關(guān)。單縫衍射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以通過數(shù)學(xué)公式進(jìn)行描述和預(yù)測。單縫衍射實(shí)驗(yàn)圓孔衍射是另一種常見的光波衍射現(xiàn)象。在圓孔衍射實(shí)驗(yàn)中，通過觀察圓孔后光斑的分布情況，可以研究光的波動性和光的傳播規(guī)律。光學(xué)儀器分辨率是指光學(xué)儀器能夠分辨最小細(xì)節(jié)的能力。光學(xué)儀器分辨率與光的衍射現(xiàn)象有關(guān)，因?yàn)楣獾难苌湎拗屏斯鈱W(xué)儀器分辨細(xì)節(jié)的能力。01020304圓孔衍射和光學(xué)儀器分辨率04光的偏振光波在垂直于其傳播方向上的振動方向是單一的，這種現(xiàn)象稱為光的偏振。光的偏振現(xiàn)象在垂直于光的傳播方向上，光矢量只沿某一特定方向振動的光。偏振光光的偏振現(xiàn)象和偏振光通過特定波片或晶體，如二向色性晶體或人造雙折射晶體，使自然光轉(zhuǎn)化為偏振光。使用偏振片或檢偏器檢測偏振光，通過旋轉(zhuǎn)檢偏器觀察光的透過情況，判斷光的偏振狀態(tài)。偏振光的產(chǎn)生和檢測偏振光的檢測偏振光的產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象當(dāng)光通過某些晶體時，會分解成兩個沿不同方向折射的光線，這種現(xiàn)象稱為雙折射。常見的雙折射晶體方解石、石英等天然晶體以及人造晶體。光的雙折射現(xiàn)象80%80%100%偏振光的應(yīng)用偏振光在光學(xué)儀器中有廣泛應(yīng)用，如偏振眼鏡、攝影鏡頭等。利用偏振光的干涉和衍射現(xiàn)象，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)信息處理和圖像處理。在光纖通信中，利用偏振光的干涉現(xiàn)象可以提高信號的傳輸質(zhì)量和可靠性。光學(xué)儀器光學(xué)信息處理光學(xué)通信05波動光學(xué)的應(yīng)用干涉儀光學(xué)顯微鏡望遠(yuǎn)鏡波動光學(xué)在光學(xué)儀器中的應(yīng)用光學(xué)顯微鏡利用光的干涉和衍射現(xiàn)象，將微小物體放大，廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域。望遠(yuǎn)鏡利用光的折射和反射原理，將遠(yuǎn)處的物體放大并清晰地呈現(xiàn)在觀察者眼前，是天文觀測的重要工具。干涉儀利用光的干涉現(xiàn)象來測量長度、角度、折射率等物理量，是光學(xué)儀器中非常重要的測量工具。光通信光通信利用光的干涉和反射原理，實(shí)現(xiàn)高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸，是現(xiàn)代通信的重要手段。光學(xué)圖像處理光學(xué)圖像處理利用光的干涉和衍射現(xiàn)象，對圖像進(jìn)行增強(qiáng)、濾波、識別等處理，可以提高圖像的清晰度和識別率。全息存儲全息存儲利用光的干涉和衍射現(xiàn)象，將數(shù)據(jù)以干涉圖的形式存儲在感光材料中，可以實(shí)現(xiàn)大容量、高密度的數(shù)據(jù)存儲。波動光學(xué)在信息處理中的應(yīng)用

波動光學(xué)在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用光學(xué)分子成像光學(xué)分子成像利用光學(xué)成像技術(shù)，對生物體內(nèi)的分子進(jìn)行標(biāo)記和追蹤，可以揭示生物體內(nèi)分子變化與疾病