光學(xué)大學(xué)物理

1、大學(xué)物理實驗講座 現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)實驗 首頁網(wǎng)站地圖使用說明更新日志聯(lián)系我們標(biāo)題：現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)實驗 主講人：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 姚昆相關(guān)鏈接：word原文下載段落：現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)實驗 光的波動特性 光的干涉特性 光的衍射特性光的偏振特性 激光光束特性 激光散斑測量 問題全部折起 全部展開現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)實驗l        邁克爾遜干涉儀單色儀的調(diào)整和使用l        激光散斑測量l      

2、  全息術(shù)l        橢偏儀l        偏振光特性研究l        雙光束干涉l        多光束干涉l        衍射l        干涉、衍

3、射l        偏振、多光束干涉l        偏振 光的波動特性n        關(guān)于波動的描述方法l        繩波：O點為波的起點，波以速度V 向X的正向傳播。l        在O點振動為：l  

4、60;     在A點振動為：  n        波動曲線 n        光波的表達(dá)式l        三角函數(shù)表達(dá)式      平面波      球面波l     

5、0;  復(fù)振幅表達(dá)式:      平面波      球面波 n        球面波的近軸公式 光的干涉特性n        雙光束干涉光強分布公式全息光柵實驗兩個球面波R、O相對于全息干板面對稱入射O點坐標(biāo)為（0，b，-l）,R點坐標(biāo)為（0，-b，-l） n     

6、   兩束光的干涉公式l        兩個球面波的干涉光強的計算方法和結(jié)果 n        干涉條紋的特點和位置l        條紋間隔為ll/4bm=0, ±1, ±,2, . n        光源的相干性和干涉條紋的對比度l  

7、      空間相干性（點光源和擴展光源）l        時間相干性（單色光、準(zhǔn)單色光和復(fù)色光）l        對比度的定義： n        楊氏實驗為例說明光的相干性 n        邁克爾遜干涉儀 n  &

8、#160;     邁克爾遜干涉儀的條紋特點l        等傾條紋 l        等厚條紋 n        多光束干涉 n        雙光束干涉條紋與多光束干涉條紋的對比l     &#

9、160;  光程差公式相同：D=2ndsinf2l        干涉光強分布不同：      （雙光束，反射光）      (多光束，透射光） 光的衍射特性n        光的衍射（Diffraction)l        意義：    

10、;   1、是光的波動性的有力證據(jù)。      2、設(shè)計光學(xué)儀器的理論依據(jù)（幾何光學(xué)元件，衍射光學(xué)元件）       3、全息術(shù)的理論基礎(chǔ)。l        定義：      17世紀(jì)Grimaldi*光波在傳播過程中遇到障礙物后所發(fā)生的偏離直線傳播的現(xiàn)象（光波繞到障礙物的幾何陰影區(qū)的現(xiàn)象）      195

11、4年(Sommerfeld-索末菲）*不能用反射和折射來解釋的光線對直線光路的任何偏離；      1999年中國激光*波動方程的非本征解在傳輸過程中趨向本征解光束的現(xiàn)象。 n        光的衍射現(xiàn)象 光波遇到障礙物時偏離直線傳播而進(jìn)入幾何陰影區(qū)域，使光線重新分布的現(xiàn)象。 n        惠更斯菲涅耳（Huygens-Fresnel）原理惠更斯（1690年）*設(shè)波源S在某一時刻的波

12、陣面S，S上每一個面元看作一個產(chǎn)生球面子波的次級擾動中心，發(fā)出球面波，以后任何時刻新的波面是所有這些子波的包絡(luò)面S，波面的法線方向就是波的傳播方向。菲涅耳（1808年-1802年楊氏Thomas.Young干涉實驗的基礎(chǔ)上）*假設(shè)這些子波互相干涉。 n        惠更斯原理圖示 n        衍射公式 n        衍射現(xiàn)象的分類1、幾何深區(qū)（圓

13、孔的幾何投影）2、菲涅耳衍射區(qū)（半徑隨距離增大而增大的同心圓環(huán)，同時圓環(huán)數(shù)目減少，圓環(huán)中心的亮度隨距離變化，中心可以為亮斑）3、夫瑯和費衍射區(qū)（當(dāng)距離很大-滿足一定條件時，中心總是亮的，中心的亮圓與圓孔的大小成反比，與距離成正比，外圈為亮暗環(huán)。） n        單縫的夫瑯和費衍射單縫的寬度為 a,單縫距觀察屏為z,光的波長為l中央主極大的半寬度為:n        圓孔的夫瑯和費衍射公式圓孔的夫瑯和費衍射公式：（中央主極大的半徑） 

14、n        衍射光柵一維矩形光柵的衍射光強的分布公式： n        光柵光強分布公式l        單縫衍射因子      極大值位置為: a=0      極小值位置為: a= mp, sinq=ml/bl     

15、;   多縫干涉因子      極大值位置為: b=mNp, sinq=ml/d(m=moN,m0=0,±1, ±2,)      極小值位置為: b = mp, sinq=ml/Nd(m=±1, ±2, ± N-1; ±(N+1) n        光柵光強分布的曲線波長:0.0005893mm;透鏡焦距:300mm透光縫寬:a=0.0

16、1mm;光柵周期:d=0.02mm;光柵的總條數(shù):N=4;共畫多少級:±5波長:0.0005893mm;透鏡焦距:300m;透光縫寬:a=0.01mm光柵周期:d=0.03mm;光柵的總條數(shù):N=100;共畫多少級:±6 n        光柵的分辨本領(lǐng)l        譜線的半角寬度l        光柵的角色散本領(lǐng)l   &

17、#160;    光柵的光譜分辨本領(lǐng) 由公式可見光柵的光譜分辨本領(lǐng)與光柵的總條數(shù)N成正比，譜線所在的級次越高分辨本領(lǐng)越高。 振幅光柵的衍射效率（指衍射級光強與入射光強的比）不高，入射光能量集中在無色散的零級，為了將入射光能量集中在有色散的衍射級上，人們設(shè)計了閃耀光柵 n        衍射光柵的種類振幅型光柵、位相型光柵；反射型光柵、透射型光柵；一維光柵、二維光柵、三維光柵；正弦光柵、矩形光柵； 光柵方程式：d(sinf+sinq)=ml n  

18、      閃耀光柵的原理n為刻槽面法線方向; N為光柵面法線方向; j為光線的入射角q為光線的衍射角; qb光柵的閃耀角; lb 為光柵的閃耀波長 光的偏振特性n        光是橫波在各向同性的介質(zhì)中S與K同向。在各向異性的介質(zhì)中S與K不同向。 n        光的五種偏振態(tài)1、線偏振光:在光波傳播過程中 E(H)只限于在一個平面中的光叫做平面偏振光（線偏振光）。2、圓偏振光：E

19、矢量的端點的運動軌跡為圓。（右旋和左旋）3、橢圓偏振光：E矢量的端點的運動軌跡為橢圓。（右旋和左旋）4、自然光5、部分偏振光：線偏振光+自然光 n        產(chǎn)生偏振光的方法1、利用偏振片2、利用反射現(xiàn)象3、利用散射現(xiàn)象4、利用雙折射晶體菲涅耳公式：（只寫出反射）:布魯斯特角：tani1=n2/n1 n        馬呂斯定律和消光現(xiàn)象：P1與P2方向的夾角為q.五種偏振光通過 P2的光強變化. n  

20、;      晶體的各向異性和雙折射現(xiàn)象設(shè)原子為電偶極子,如圖可以看成三個方向的彈簧振子。將外電場按這三個方向分解：      方解石的例子o光:Ordinary( 尋常光); e光:Extraordinary( 非尋常光）      偏振器件：尼科耳棱鏡和格蘭棱鏡      波晶片構(gòu)造：單軸晶體使其光軸與表面平行      兩個互相垂直的振動的合

21、成橢圓方程式：      橢偏儀      橢偏儀的基本原理 反射光的P 分量和 S分量的比值:  激光光束特性n        激光的產(chǎn)生：l        激光器的諧振腔：工作物質(zhì)被激活后產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，發(fā)生受激輻射，能使光得到放大。光在由兩片高反射率的鏡片和激活物質(zhì)組成的諧振腔之間多次的反射形成激光輸出。l  &

22、#160;     高斯光束的形成以實驗室常用的氦氖激光器為例說明：波長為632.8nm（3.39mm、 1.15mm）l        由激光器出射的高斯光束d=250mm ，l=0.0006328mm ，w0=0.2244mm n        激光高斯光束的特點l        高斯光束的復(fù)振幅和光強表達(dá)式l  

23、      高斯光束的傳播公式高斯光束過程中光束輪廓為繞Z軸旋轉(zhuǎn)的雙曲面l        高斯光束特性圖解 n        高斯光束經(jīng)透鏡后的變換 激光散斑測量當(dāng)一束激光照射到具有漫射特性的粗糙表面上時，在反射光的空間中用一個白色的屏去接收光總可以看到一些斑點。這就是激光散斑現(xiàn)象。經(jīng)透鏡成象形成的散斑是主觀散斑 。在自由空間傳播形成的 散斑叫做客觀散斑。散斑的大小、位移及運動是有規(guī)律的

24、，它可以反映激光照明區(qū)內(nèi)物體及傳播介質(zhì)的物理性質(zhì)和動態(tài)變化。 n        激光散斑的應(yīng)用l        在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用：利用對激光散斑的動態(tài)測量法測量生產(chǎn)線上工件及產(chǎn)品的移動速度。l        在燃燒學(xué)和熱物理中的應(yīng)用：利用激光散斑照相技術(shù)測量火焰的結(jié)構(gòu)和溫度場的溫度分布。l        在

25、醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用：非侵入的測量皮膚下微循環(huán)的速 度。測量心臟的心動圖。利用主觀散斑的運動規(guī)律對人眼的進(jìn)行主觀驗光。l        天文學(xué)測量中的應(yīng)用：利用星體斑紋干涉術(shù)可以克服大 氣擾動的影響獲得高分辨的圖象。l        利用散斑進(jìn)行光學(xué)圖象處理：例如圖象相減等。 n        動態(tài)散斑圖毛玻璃微小平移 微粒的動態(tài)散射圖（相隔0.36秒） 數(shù)字散斑照相光路