《大学物理课件光学篇》.pptx

《大学物理课件光学篇》

目录光学基本概念与理论光的干涉与衍射现象光的偏振与色散特性光学仪器与成像原理激光技术与应用领域总结回顾与拓展延伸

01光学基本概念与理论Chapter

光具有波粒二象性，既可以表现为波动性质，又可以表现为粒子性质。在经典物理学中，光被看作是电磁波的一种，具有电场和磁场的振动。光在同种均匀介质中沿直线传播，当遇到不同介质时，会发生反射、折射、干涉和衍射等现象。光是一种电磁波光的传播方式光的本质和传播方式

光的反射定律光在反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。光的折射定律光在折射时，折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧，折射角与入射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。几何光学基本原理

光的干涉干涉是波动性质的一种表现，当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，它们的振幅相加，而光强则与振幅的平方成正比。干涉现象包括双缝干涉、薄膜干涉等。光的衍射衍射是光波遇到障碍物或小孔时发生的偏离直线传播的现象。衍射现象表明光具有波动性质，其表现形式包括单缝衍射、圆孔衍射等。波动光学基础

爱因斯坦提出的光子概念揭示了光的粒子性。光子具有能量和动量，其能量与频率成正比，动量则与波长成反比。光的粒子性光电效应是光的粒子性的重要表现之一。当光子照射到金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并从金属表面逸出，形成光电流。这一现象说明了光具有粒子性，且光子的能量可以被电子吸收并转化为电子的动能。光电效应光的量子性描述

02光的干涉与衍射现象Chapter

两列或多列波在空间某些区域相遇时，振动加强而在另一些区域振动减弱的现象。干涉现象干涉条件干涉图样两列波频率相同、振动方向相同、相位差恒定。明暗相间的条纹，反映了波的叠加原理。030201干涉现象及其条件

01通过双缝装置将单色光分成两列相干光波，在屏幕上产生明暗相间的干涉条纹。双缝干涉实验02杨氏双缝干涉实验是证明光具有波动性的著名实验之一，通过测量干涉条纹间距可以推算出光源的波长。杨氏实验03双缝干涉条纹等间距、等宽度，且各级明纹亮度相同。条纹特点双缝干涉实验与杨氏实验

光照射在薄膜上时，由于薄膜前后两个表面的反射光相互叠加而产生的干涉现象。薄膜干涉增透膜、增反膜、滤光片等光学元件的设计与应用。应用举例薄膜干涉条纹通常呈现为平行于入射光的明暗相间的条纹，其间距与薄膜厚度和折射率有关。条纹特点薄膜干涉及其应用

衍射现象及其分类衍射现象光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播的现象。分类根据障碍物或孔的尺寸与波长的关系，可分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。衍射规律衍射现象遵循光的波动理论，衍射光强分布与障碍物或孔的形状、大小以及光源的波长有关。

03光的偏振与色散特性Chapter

光波中电矢量的振动方向对于传播方向的不对称性叫做光的偏振，只有横波才能产生光的偏振现象。偏振光定义反射和折射、晶体双折射、二向色性、散射等。产生方式偏振光及其产生方式

马吕斯定律和布儒斯特角描述偏振光通过检偏器后的光强与入射光偏振方向和检偏器透振方向夹角之间的关系，即$I=I_0cos^2theta$。马吕斯定律当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩下平行振动的光，这种光是线偏振光。此时的入射角叫做布儒斯特角，也叫起偏角。布儒斯特角

复色光分解为单色光的现象叫光的色散。牛顿在1666年最先利用三棱镜观察到光的色散，把白光分解为彩色光带（光谱）。色散现象说明光在媒质中的速度(或折射率n=c/v)随光的频率而变。色散现象光的色散原理是光的折射。在自然界中，太阳光是白光。当太阳光的白光通过棱镜后被分解成各种颜色的光，假如用白屏来承接，在白屏上就形成一条彩色的光带，这些光带的颜色依次是红、橙、黄、绿、紫。这种现象叫做光的色散。原理色散现象及原理

色散补偿技术在光纤通信中，由于光纤材料色散和波导色散的影响，使得不同波长的光脉冲在光纤中的传输速度不同，从而导致脉冲展宽。为了克服这一缺点，人们采用了色散补偿技术。常见方法使用色散补偿光纤（DCF）、啁啾光纤布拉格光栅（CFBG）等。其中DCF是在普通光纤中掺入一些特殊元素或结构来改变其折射率分布，从而实现对不同波长光的传输速度进行补偿；CFBG则是利用光纤布拉格光栅的反射特性来实现对不同波长光的延时补偿。色散补偿技术

04光学仪器与成像原理Chapter

包括角膜、瞳孔、晶状体、视网膜等组成部分。眼睛结构光线通过角膜和瞳孔进入眼内，经过晶状体折射后，在视网膜上形成倒立、缩小的实像。成像原理具有高分辨率、宽视场