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物理光学讲课课件

目录引言光的干涉光的衍射光的偏振光的吸收、色散和散射现代光学技术及应用

引言01

从反射和折射定律的发现到光的波动理论的提出。早期光学建立光的直线传播、反射和折射定律，以及透镜成像等理论。几何光学从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究，到光的电磁理论的确立。物理光学包括量子光学、非线性光学、光电子学等领域的飞速发展。现代光学光学的发展历程

光的偏振研究光波中电矢量的振动方向及其与传播方向的关系。光的衍射研究光波遇到障碍物或小孔后发生的衍射现象及其规律。光的干涉研究两束或多束光波相遇时产生的干涉现象及其条件。光的本性研究光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。光的传播研究光在真空和介质中的传播规律，包括直线传播、反射和折射等。物理光学的研究对象和内容

光学仪器显微镜、望远镜、照相机等利用光学原理制成的各种仪器。光纤通信利用全反射原理实现的光信号传输，具有传输容量大、抗干扰能力强等优点。激光技术利用受激辐射原理产生的相干光，具有单色性好、方向性强等特点，广泛应用于测距、切割、打孔等领域。光电转换将光能转换成电能或其他形式的能量，应用于太阳能电池、光电探测器等器件中。光学在现代科技中的应用

光的干涉02

01干涉现象两列或多列波在空间某些区域振动加强，在另一些区域振动减弱，形成稳定的强弱分布的现象。02干涉条件两列波的频率相同，相位差恒定，振动方向相同。03光源产生光的波动，分为相干光源和非相干光源。干涉现象和条件

03条纹间距与双缝间距、光源波长和屏幕距离有关。01实验装置激光源、双缝、屏幕等。02实验现象在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。双缝干涉实验

010203光照射在薄膜上，经前后表面反射后形成的干涉现象。薄膜干涉同一倾角的光线经薄膜前后表面反射后形成的干涉现象。等倾干涉增透膜、增反膜、光学镜头上的增透膜等。应用薄膜干涉及其应用

光的衍射03

0102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。根据障碍物或孔的尺寸与光波长的关系，衍射可分为明显衍射和菲涅尔衍射。衍射现象分类衍射现象和分类

01惠更斯原理02菲涅尔原理介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，即可作为新波源产生球面次波，在以后的任何时刻，这些子波的包迹就是新的波面。在光传播过程中，光波前上每一点都可视为产生球面次波的波源，而以后任意时刻的光波前则可看作是这些球面次波的包络面。惠更斯-菲涅尔原理

单缝衍射实验单色光源、单缝、屏幕。当单色光通过单缝时，在屏幕上出现明暗相间的衍射条纹。中央条纹最亮、最宽，两侧条纹亮度逐渐减弱、宽度变窄。根据惠更斯-菲涅尔原理，单缝处各点发出的球面波在屏幕上叠加形成衍射条纹。实验装置实验现象条纹特点理论解释

光的偏振04

光波在传播过程中，光矢量（即电场强度矢量E）的振动方向对于光的传播方向失去对称性的现象。偏振现象根据光矢量末端在垂直于传播方向的平面上描绘出的轨迹形状，可分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。分类偏振现象和分类

马吕斯定律描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关系，即$I=I_0cos^2theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与入射光振动方向之间的夹角。布儒斯特角当自然光以某一特定角度（布儒斯特角）入射到两种透明介质的分界面时，反射光和折射光都是完全偏振的，且反射光的振动方向与入射面垂直。马吕斯定律和布儒斯特角用液晶分子的双折射性质，通过控制液晶分子的排列方向来实现对光的偏振状态的调制，从而实现图像的显示。液晶显示器在光学仪器中，偏振片常用于消除反射光的干扰，提高成像质量。例如，在照相机镜头前加上偏振片，可以消除水面或玻璃表面的反射光，使拍摄的画面更加清晰。光学仪器在光纤通信中，利用光的偏振性质可以实现信息的调制和解调。例如，采用偏振复用技术可以提高光纤通信的传输容量和速率。光纤通信在生物医学领域，偏振光成像技术可用于研究生物组织的结构和功能。例如，利用偏振光显微镜可以观察细胞内部的精细结构。生物医学偏振光的应用

光的吸收、色散和散射05

光的吸收和色散光的吸收光在介质中传播时，部分光能会被介质吸收并转化为其他形式的能量，如热能。吸收程度与光的波长和介质性质有关。光的色散复色光分解为单色光的现象。同一介质对不同波长的光有不同的折射率，使得光在传播过程中发生分离。色散现象如棱镜分光、彩虹等都是光的色散现象。

光在介质中传播时，因遇到不均匀物质或分子而使传播方向发生改变的现象。散射程度与光的波长和散射粒子的大小有关。光的散射描述散射光强与入射光波长、散射角及粒子大小关系的公式。根据瑞利散射公式，蓝紫光比红光更易发生散射。瑞利散射公式大气中的气体分子对阳光的瑞利散射使得天空呈现蓝色。天空呈蓝色的原因光的散射和