物理光學(xué)期末復(fù)習(xí)重點

1、6.介質(zhì)的折射率：n -17.邊值關(guān)系:o o o O )/ ) r UJrHrDDr 耳 2 2 2 2 r ErHrDrB /V /V /V /V r n rn rn rn物 理 光 學(xué) 復(fù) 習(xí) 要 點第一章光的電磁理論一、電磁理論1. 光是電磁波，具有波動和粒子的兩重性質(zhì)，稱為波粒二象性。2. 物理光學(xué)是從光的波動性出發(fā)來研究光在傳播過程中所發(fā)生的現(xiàn)象的學(xué)科，所以也稱為 波動光學(xué)。3. Maxwell方程組：積分形式、微分形式4. 物質(zhì)方程:5. 波動方程8. 波陣面：將某一時刻振動相位相同的點連接起來，組成的曲面叫波陣面9. 波長：簡諧波具有空間周期性，波形變化一個周期時波在空間傳播的

2、距離稱為波的空間周期，一維簡諧波的空間周期為波的 波長；即為入，具有長度的量綱L。10. 空間頻率：空間周期即波長的倒數(shù)稱為空間頻率；f=1/入11. 空間角頻率：k=±2 nf，在數(shù)值上等于空間頻率的2 n倍，所以也稱為傳播數(shù)，k的符 號表示一維波的傳播方向，當(dāng)k>0時，表示波沿著+z的方向傳播；當(dāng)k<0時，表示波沿著 -z的方向傳播。12. 時間參量與空間參量的關(guān)系為：k13. 坡印廷矢量121rSuvEBES E BS稱為能流密度矢量或者稱為坡印廷矢量，它的大小表示電磁波所傳遞的能流密度，它的 方向代表能量流動的方向或電磁波傳播的方向。14. 電磁波強(qiáng)度光強(qiáng)的定義是

3、：能流密度S在接收器可分辨的時間間隔即響應(yīng)時間T 內(nèi)的時間平均值。二、菲涅爾公式15. 折射和反射定律的內(nèi)容是：時間頻率3是不變的；反射波和折射波均在入射面內(nèi)；反 射角等于入射角。16. 折射定律：折射介質(zhì)折射率與折射角正弦之積等于入射介質(zhì)折射率與入射角正弦之積。n sin 1 n2sin 217. 菲涅耳公式18. 布儒斯特定律：12 90°, tan j匹n119. 能流比：通過界面上某一面積的入射光、反射光和折射光通量之比20. 將菲涅爾公式代入反射比和透射比的公式，得21. 全反射臨界角sin 9 = n/nc 2122. 隱矢波：全反射時全部光能都反回第一介質(zhì)，光波將透入第

4、二介質(zhì)很短的一層外表深 度約為光波波長，并沿界面流動約半個波長再返回第一介質(zhì)。第二介質(zhì)外表的這個波稱為隱矢被。三、光的色散和吸收23. 光的吸收：光通過介質(zhì)時，介質(zhì)吸收了局部入射光能量不同于金屬外表的吸收，其光強(qiáng)度隨進(jìn)入介質(zhì)的深度而減弱的現(xiàn)象，假設(shè)入射的是單色簡諧光波，表現(xiàn)為該波函數(shù)的振幅減小。24. 色散：介質(zhì)的折射率隨光的頻率或波長而變化的現(xiàn)象25. 散射：光通過介質(zhì)時，介質(zhì)中出現(xiàn)了向其它方向發(fā)散的光線第二章光波的疊加分析掌握同頻率同振動方向的光波的疊加1. 光波的獨(dú)立傳播原理：當(dāng)從光源 A和光源B發(fā)出的兩列光波在同一空間區(qū)域傳播時, 它們之間互不干擾，每一列光波如何傳播，都按各自的規(guī)律獨(dú)

5、立進(jìn)行，完全不受另一列光 波的影響。2. 光波的疊加原理：光波在媒質(zhì)中傳播時，必然引起空間各點的擾動。當(dāng)兩個或多個光 波同時在該區(qū)域內(nèi)傳播時，空間各點都將同時受到各個光波的作用，如果光波的獨(dú)立傳播原理成立，那么它們疊加的空間區(qū)域內(nèi)，相遇點產(chǎn)生的和振動是各個光波單獨(dú)存在時該點振 動的矢量之和。23.將波在其中傳播時服從疊加n cos蟲立傳播原理的 不服從疊加原理和獨(dú)立傳播原理的媒質(zhì)稱為非線性媒4. 兩個頻率相同、振動方向相同而傳播方向相反的5. 調(diào)制波光強(qiáng)為確定數(shù)值的點的傳播速度就是調(diào)制爾為線性媒質(zhì)'cos產(chǎn)生疊加后形成駐os sin2 相速度群速度。群速度是 I 14si n2指某個光

6、強(qiáng)值在空間的傳播速度，因此它表示拍頻波能量的傳播速度。6. 載波零位相點或位相值為其它數(shù)值的點的傳播速度就是載波的位相速度;第三章光的干預(yù)和干預(yù)儀1. 當(dāng)兩個或兩個以上振動方向相同、頻率相同的單色光波在空間產(chǎn)生疊加時，疊加區(qū)域 內(nèi)將出現(xiàn)周期性的強(qiáng)度分布圖象，這就是光的干預(yù)。2. 光的干預(yù)問題包括光源、干預(yù)裝置和干預(yù)圖形等三個要素3. 干預(yù)的三個必要條件:兩疊加光波的頻率相同、振動方向相同、位相差恒定。滿足這三個條件的光波稱為相干光波，相應(yīng)的光源為相干光源4. 在非相干疊加時，光強(qiáng)是均勻分布的。5. 單個原子發(fā)光是間歇的，持續(xù)時間約10-9秒。前后光波是完全獨(dú)立的，初相位沒有固定 關(guān)系。不同原子

7、發(fā)出的波列也如此。6. 如果在觀察時間？內(nèi)，相位差保持恒定，那么合成光強(qiáng)在空間形成強(qiáng)弱相間的穩(wěn)定分布。 這是相干疊加的重要特征。7. 光波別離根本方法：分波陣面法和分振幅法；分波陣面法：把光波的波面(波前)分為兩局部。如楊氏雙縫干預(yù)實驗 分振幅法：利用反射和折射把原光波振幅分為兩局部。如薄膜干預(yù)、等厚干預(yù) 無論是分波前法還是分振幅法，只有光程差小于光波的波列長度，才能滿足位相差恒定的 條件。楊氏干預(yù)實驗8. 光強(qiáng)分布I4I0cos2 (r2 ")= I4I0cos2HXdDm D1 Dx(m 0, 1, 2,L )亮紋x (m -)(m 0, 1, 2,L )暗紋d2 d任何兩條相鄰

8、的明(或暗)條紋所對應(yīng)的光程差之差一定等于一個波長值。9. 干預(yù)條紋的表征： 干預(yù)級m條紋間距e： e ；由條紋間距e與兩孔間距d的反比關(guān)系可知，要使干預(yù)條紋易 d于觀察，兩孔間距應(yīng)盡可能小。會聚角 d D ;條紋間距與光束的會聚角成反比。因此，會聚角應(yīng)盡可能小。10. 楊氏雙縫干預(yù)屬于非定域干預(yù)。11. 干預(yù)條紋的清晰程度用條紋的比照度表示。定義是K 5山1 M 1 m條紋的比照度取決于以下三個因素：光源大小、光源的非單色性、兩相干光波的振幅比。平行平板產(chǎn)生的干預(yù)12. 條紋定域：能夠得到清晰干預(yù)條紋的區(qū)域。 非定域條紋：在空間任何區(qū)域都能得到的干預(yù)條紋。定域條紋：只在空間某些確定的區(qū)域產(chǎn)生

9、的干預(yù)條紋。點光源照明產(chǎn)生非定域條紋當(dāng)利用擴(kuò)展光源進(jìn)行干預(yù)實驗時，將得到定域干預(yù)，也可以說，定域干預(yù)是擴(kuò)展光源的特 征。在擴(kuò)展光源情況下：能夠得到清晰條紋的特定平面域稱為定域面。所觀察到的條紋為定域條紋。在平行平板的干預(yù)中，光程差只取決于折射角，相同折射角的入射光構(gòu)成同一條紋，稱等 傾條紋13. 光程差計算考慮半波損失：2nhcos 2 + 或： 2nh n2 n2sin2 1 + 無半波損失14. 雙光束干預(yù)：I h J 2、.IXcoskm為亮條紋;1m 2m 0,1,2,L為暗條紋。對于不同的干預(yù)裝置，明暗紋條件 致。稱為條紋的級數(shù)。16. 圓形等傾條紋：等傾條紋的形狀與觀察方位有關(guān)。當(dāng)

10、望遠(yuǎn)鏡光軸與平板法線平行時， 即望遠(yuǎn)鏡焦平面與平板外表平行時，等傾條紋是一組同心圓條紋，圓心位于透鏡的焦點。 條紋特點：形狀：一系列同心圓環(huán)；條紋間隔分布：內(nèi)疏外密。楔形平板產(chǎn)生的干預(yù)：分振幅等厚干預(yù)17. 平行光入射非均勻薄膜，入射角B 相同。厚度不均勻的薄膜形成的干預(yù)條紋的級次僅隨薄膜的厚度變化。這種干預(yù)叫等厚干預(yù)。18. 垂直入射到劈尖上：2nh 02明條紋：=2nh m2暗條紋：=2nh 3 m 12劈棱處h=0,只是由于有半波損失，兩相干光相差為 ？，因此形成暗條紋。條紋間距e亠2n19. 干預(yù)條紋分布的特點：當(dāng)有半波損失時，在h=0劈棱處為暗紋，否那么為一亮紋； 干預(yù)條紋是平行于棱

11、邊的直條紋；楔角愈小，干預(yù)條紋分布就愈稀疏；當(dāng)用白光照射時，將看到由劈棱開始逐漸分開的彩色直條紋。20. 牛頓環(huán)：將一塊半徑很大的平凸鏡與一塊平板玻璃疊放在一起，用單色平行光垂直照 射，由平凸鏡下外表和平板玻璃上外表兩束反射光干預(yù)。產(chǎn)生的等厚干預(yù)條紋稱牛頓環(huán)牛頓環(huán)干預(yù)圖樣是以接觸點為圓心的一組明、暗相間的同心圓環(huán)，有半波損失時，中間為 一暗斑。21. 牛頓環(huán)明暗紋條件由下式?jīng)Q定:明紋2nh2 (2m 1)2暗紋(m 1,2,3,L )(m 0,1,2,L )22.透鏡曲率半徑Rr223. 第N個暗環(huán)滿足的光程差條件：2h 3 N £24. 干預(yù)級高的環(huán)間的間距小，即隨著r的增加條紋變

12、密，即：條紋不是等距分布。25. 邁克爾孫干預(yù)儀光程差 2(d2 d1)d N -24法布里-珀羅干預(yù)儀 多光束干預(yù)nh cos26. 干預(yù)場的強(qiáng)度隨R和S而變，在特定R的情況下，那么僅隨S而變;光強(qiáng)度只與光束傾角B有關(guān)。傾角B相同的光束形成同一個條紋，是等傾條紋。當(dāng)透鏡的 光軸垂直于平板時，等傾條紋是一組同心圓環(huán)。27. 在反射光方向形成亮條紋和暗條紋的條件：亮條紋：2m 1 ;暗條紋：2m透射光方向相反28. 條紋的銳度用它們的位相半寬度來表示，亮條紋中強(qiáng)度等于峰值強(qiáng)度一半的兩點間的距離，記為AS。42 1 RFR29.用相鄰條紋間距離(2 n )和條紋半寬度()之比表示條紋的銳度，稱為條

13、紋的精細(xì)度:30.2 _ 1 2 m _ 2h 2hSR為標(biāo)準(zhǔn)具常數(shù)或自由光譜范圍。第五章光的衍射1. 光的衍射是指光波相傳播過程中遇到障礙物時，所發(fā)生的偏離直線傳播的現(xiàn)象。光可 統(tǒng)過障礙物；在障礙物后呈現(xiàn)出光強(qiáng)的不均勻分布。光的衍射現(xiàn)象與光的干預(yù)現(xiàn)象就其實質(zhì)來講，都是相干光波疊加引起的光強(qiáng)的更新分布， 所不同之處在于：(1) 干預(yù)現(xiàn)象是有限個相干光波的疊加；(2) 衍射現(xiàn)象那么是無限多個相干光波的疊加結(jié)果。2. 衍射問題的三個根本要素：1.光源發(fā)出的光波。2.衍射物。3.衍射圖形。3. 在基爾霍夫標(biāo)量衍射理論的根底上，研究兩種最根本的衍射現(xiàn)象和應(yīng)用：菲涅耳衍射 (近場衍射)和夫瑯和費(fèi)衍射(遠(yuǎn)

14、場衍射)A4. 菲涅耳一基爾霍夫衍射公式：E P _ i菲涅耳近似：E%x, yexp ikz1i Z1敢為， exp夫瑯禾費(fèi)近似：E%x,yexp ikz1ik 2expx2Z1i Z1explikl exp ikrrcos n,r cos n,l i2uik222z1XX1yy1dx1dy12y孩為， expik乙yy1dx1dy1XX1 yy12習(xí)典型孔徑的夫瑯合費(fèi)衍射5.矩孔衍射孩x,ysinCabkla . k bsin2 2 kla2k bYkla2x a,強(qiáng)度分布特點I = 10sinsinEo2Cab中央亮斑面積為S02 24fab中央亮斑面積與矩形孔面積成反比,在相同波長和裝

15、置9.下，衍射孔愈小，中央亮斑愈大6.單縫衍射Isinklaa sin2各級亮條紋光強(qiáng)不相等，中央最大值的光強(qiáng)最大，次極大值都遠(yuǎn)小于中央最大值，并隨著 級數(shù)的增大而很快地減小，即使第一級次極大值也不到中央最大值的5%相鄰暗點的距離e -faax f -fa7. 單縫衍射光強(qiáng)分布特點：1) .中央亮條紋的寬度等于其它亮條紋角寬度的二倍?？p越窄，半角寬度和半線寬度越大, 衍射現(xiàn)象越明顯。2) .波長越長，衍射現(xiàn)象也越明顯；用白光為光源，中央亮紋為白色，其他各級條紋呈現(xiàn) 彩色。3).8.當(dāng)-0，衍射現(xiàn)象不明顯，波動光學(xué)過渡到幾何光學(xué)。a2 a圓孔衍射 場，=C ° o exp ik r1

16、cos( 1) r1dr1d 1= /<丫1Y10.11.其中中央亮斑稱為愛里斑，它的半徑滿足：zo=?,即z ka 0 ka 1.22 。愛里斑的半徑：r0a第七章光的偏振與晶體光學(xué)1. 自然光：具有一切可能的振動方向的許多光波之和。 特點：振動方向的無規(guī)那么性。表示：可用兩個振動方向垂直的、強(qiáng)度相等的、位相關(guān)系不確定的光矢量表示。2. 線偏振光：光矢量方向不變，其大小隨位相變化。振動平面：光矢量與傳播方向組成的平面稱為線偏振光的振動平面。3. 圓偏振光：光矢量大小不變，其方向繞傳播方向均勻轉(zhuǎn)動，且矢量末端軌跡為圓。4. 橢圓偏振光：光矢量大小和方向都在有規(guī)律地變化，且矢量末端軌跡為橢

17、圓。5. 迎著光線看(對著光的傳播方向)，光矢量一一順時針轉(zhuǎn)的稱右旋圓(橢圓)偏振光；逆 時針轉(zhuǎn)的稱左旋圓(橢圓)偏振光。6. 彼此無固定相位關(guān)系、振動方向任意、不同方向上振幅不同的大量光振動的組合,稱部分偏振光，它介于自然光與線偏振光之間。7. 局部偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。也可 分解為線偏振光和自然光的疊加。8. 偏振度9. 偏振光的產(chǎn)生。主要方法：反射和折射、二向色性、散射、雙折射10. 入射角為布儒斯特角，即tg B n2 ;反射光為線偏振光。振動方向垂直于入射面。 透射光為局部線偏振光。11. 某些物質(zhì)能有選擇的吸收某一個方向的光振動，而只允許

18、某個特定方向的光振動通過， 物質(zhì)的這種性質(zhì)稱為二向色性。12. 偏振片有一個特定的方向，只讓平行于該方向的振動通過。我們把允許特定光振動通 過的方向稱為偏振化方向。13. 偏振光：偏振片P2旋轉(zhuǎn)一周時，光強(qiáng)度經(jīng)歷兩次最明、兩次最暗的變化。14. 自然光：偏振片P1旋轉(zhuǎn)一周時，光強(qiáng)度并不發(fā)生變化。15. 馬呂斯定律I Io cos2 。消光比：最小透射光強(qiáng)和最大透射光強(qiáng)之比。16. 束在某些晶體中傳播時，由于晶體對兩個相互垂直振動矢量的光的折射率不同而產(chǎn)生 兩束折射光，這種現(xiàn)象稱為雙折射17. 一條遵守通常的折射定律(n 1sini =n2sinr)，折射光線在入射面內(nèi)，這條光線稱為尋 常光線(ordinary rays)，簡稱o光。18. 另一條光線不遵守通常的折射定律，它不一定在入射面內(nèi)，這條光線稱為非常光線(extraordinary rays)，簡稱 e 光。19. 只有在晶體內(nèi)部光線才有必要分為 o光