清华大学课件波动光学.pptVIP

*******************波动光学清华大学课程本课件介绍光学的波动性原理。课程概述11.光波的性质包括光的干涉、衍射和偏振现象.22.光学器件例如透镜、棱镜、光栅和全息术.33.光学测量技术包括光学显微镜、光谱仪和干涉仪.44.光学应用涵盖光纤通信、激光技术、光学成像等领域.光的本质和性质电磁波光是电磁波的一种，它在真空中以光速传播。光谱根据波长或频率的不同，光可以分为可见光、红外线、紫外线等。波粒二象性光具有波动性和粒子性，这被称为波粒二象性。量子化光子是光的最小单位，它具有能量和动量。波粒二象性波动性光波干涉现象表明光具有波动性，光波可以叠加，产生干涉条纹。粒子性光电效应实验表明光具有粒子性，光子可以将电子从金属表面发射出来。应用光学显微镜、激光器、光电探测器等都利用了光的波粒二象性。光的干涉1光的叠加当两束或多束光波相遇时，其振幅叠加，产生干涉现象。2干涉条纹干涉条纹是由于光波的相干叠加而产生的明暗相间的条纹。3条件光波必须是相干光源，即频率相同、相位差恒定。干涉条纹的应用光学薄膜光学薄膜可利用干涉原理来控制光的反射和透射，广泛用于各种光学仪器中，例如镜片涂层和激光器输出镜。干涉仪迈克尔逊干涉仪等干涉仪利用干涉原理测量长度、波长和光速，在精密测量、物理实验等方面有广泛的应用。全息术全息术通过记录干涉条纹来记录物体的光波信息，然后通过再现干涉条纹来重建物体的三维图像。光纤通信光纤通信利用光的干涉原理，通过光波在光纤中传播来实现高速、大容量的信息传输。薄膜干涉1光波干涉薄膜表面反射光波2光程差两束反射光3干涉现象加强或减弱薄膜干涉是光波在薄膜两表面反射时发生的干涉现象。当光线照射薄膜时，光波会在薄膜的两个表面反射，形成两束相干光波。由于这两束光波的光程差，它们会发生干涉，形成明暗相间的条纹，这就是薄膜干涉现象。光的衍射波的特性光是一种电磁波，可以发生衍射现象，绕过障碍物传播。衍射光栅利用衍射现象，可以制作光栅，用于测量光波长和光谱分析。全息术利用光的衍射和干涉原理，可以记录和再现物体三维信息。单缝衍射单缝衍射现象当光线穿过一个狭窄的单缝时，它会发生衍射，形成明暗相间的条纹图案，称为单缝衍射图样。衍射条纹特征中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄，亮条纹间距不等，暗条纹宽度基本相同。惠更斯原理解释单缝上的每个点都可以看作是子波源，这些子波相互干涉，形成衍射图样。衍射现象分析单缝衍射图样的特征与缝宽、光波长以及观察距离有关。双缝衍射1实验条件两条狭缝距离很近。2衍射现象当光线穿过狭缝时，会发生衍射现象。3干涉条纹衍射光波相互干涉，产生明暗相间的干涉条纹。双缝衍射是波动光学中的一个重要现象，可以证明光的波动性。实验中，当光线通过两条狭缝时，由于衍射，光线会向两侧扩展，并在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。条纹的间距和位置取决于狭缝之间的距离、光波长以及屏幕与狭缝之间的距离。光栅定义光栅由许多等距平行排列的狭缝或反射线组成，可以使光波发生衍射和干涉。衍射现象当光波通过光栅时，会发生衍射，形成明暗相间的衍射条纹。光谱分析光栅可以用来分离不同波长的光，应用于光谱分析、测量等领域。光的色散棱镜色散白光通过棱镜时，不同波长的光会发生不同程度的偏折，从而形成彩色光谱。光栅色散光栅由大量平行等距的刻线组成，当光通过光栅时，会发生衍射和干涉现象，从而将白光分解成不同波长的彩色光谱。色散光谱仪色散光谱仪是利用光学色散原理将复合光分解成单色光的光学仪器。常见的色散光谱仪包括棱镜光谱仪和光栅光谱仪。棱镜光谱仪利用棱镜的折射率随波长变化的特性来分散光线，而光栅光谱仪则利用光栅的衍射效应来分散光线。色散光谱仪在科学研究、工业生产和医疗诊断等领域有着广泛的应用。拉曼效应散射光频率变化拉曼散射是指光子与物质相互作用时，光子能量发生改变的现象。分子振动能级跃迁拉曼散射涉及物质分子振动能级的跃迁，导致散射光频率发生偏移。谱线特征拉曼光谱可以用于识别物质的分子结构和成分，因为每种物质都有独特的拉曼谱线。共焦显微镜共焦显微镜是一种先进的显微镜技术，通过使用激光束来扫描样品，并使用针孔来阻挡散射光，从而获得高分辨率的图像。它能够在三维空间中对样品进行成像，并且具有高灵敏度和高对比度。共焦显微镜在生物学、材料科学、纳米技术等领域得到了广泛应用，例如观察活细胞内部结构、研究材料表面形貌、进行纳米尺度测量等。光学相干层析成像光学相干层析成像（OCT）是一种非侵入性的成像技术，可以创建生物组织的高分