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大学物理光学精品课件共1

光学基础知识光的干涉现象光的衍射现象光的偏振与色散现代光学技术与应用总结与展望contents目录

01光学基础知识

光既具有波动特性，又具有粒子特性，即光具有波粒二象性。光的波粒二象性光的传播特性光的速度光在均匀介质中沿直线传播，遇到不同介质或障碍物时会发生反射、折射、衍射等现象。光在不同介质中的传播速度不同，在真空中的传播速度最快，约为3x10^8米/秒。030201光的本质与特性

光线光束光轴像与物几何光学基本概念光线是表示光传播方向和路径的几何线，通常用带有箭头的实线表示。光轴是指通过光学系统中心的假想直线，光学系统的对称轴或主要光线的传播方向。光束是由许多光线组成的，表示光传播的一定区域。像是光线经过光学系统后形成的，与物体相似的光学现象；物是产生光线的物体或发光体。

物理光学基本概念光的干涉光的干涉是指两列或多列光波在空间某些区域相遇时相互叠加，形成加强或减弱的现象。光的衍射光的衍射是指光波遇到障碍物或穿过小孔时偏离直线传播的现象，是波动性的表现。光的偏振光的偏振是指光波中电矢量振动的方向性，即光波在一定方向上振动较强，而在与之垂直的方向上振动较弱或没有振动的现象。光的色散光的色散是指复色光分解为单色光的现象，不同波长的光在介质中的折射率不同，因此传播速度和方向也会不同。

02光的干涉现象

两列或多列相干光波在空间某一点叠加时，产生光强按一定规律分布的现象。干涉现象两列光波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。干涉条件能够产生干涉现象的光源，如激光。相干光源干涉现象及其条件

干涉原理当两列光波在屏幕上某点叠加时，若它们的光程差是波长的整数倍，则该点光强加强；若它们的光程差是半波长的奇数倍，则该点光强减弱。双缝干涉实验通过双缝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。条纹特点双缝干涉条纹等间距、等宽度，且中央为明条纹。双缝干涉实验与原理

薄膜干涉01光照射在薄膜上下两个表面反射回来的两列光波发生干涉的现象。干涉原理02薄膜上下两个表面的反射光波的光程差与薄膜厚度和入射角有关，当光程差为波长的整数倍时，产生明条纹；当光程差为半波长的奇数倍时，产生暗条纹。应用举例03利用薄膜干涉可以测量光学表面的反射相移、光学薄膜的厚度和折射率等参数；同时，薄膜干涉也是许多光学器件（如滤光片、增透膜等）的工作原理之一。薄膜干涉及其应用

03光的衍射现象

光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射。衍射现象定义根据衍射形式的不同，可分为单缝衍射、圆孔衍射、圆板衍射及泊松亮斑等。衍射分类衍射现象及其分类

介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，在任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。在光传播过程中，不仅考虑光在波面处的振动状态，还需考虑从波源到波面的传播过程，即考虑光在传播过程中的振幅和相位变化。惠更斯-菲涅尔原理菲涅尔补充惠更斯原理

衍射光栅定义衍射光栅是一种由密集、等间距平行刻线构成的非常重要的光学器件，分透射光栅和反射光栅两种。衍射光栅应用衍射光栅在光谱分析、光波波长测量、光学仪器校正及高分辨光谱技术等方面有广泛应用。例如，在光谱分析中，利用光栅的分光作用，可将不同波长的光分开并测量其强度，进而确定物质的成分和浓度等信息。衍射光栅及其应用

04光的偏振与色散

偏振光定义光波中电矢量的振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，具有偏振性的光叫做偏振光。产生方式反射和折射、双折射、选择性吸收等。偏振光及其产生方式

马吕斯定律和布儒斯特角马吕斯定律描述了偏振光通过偏振片后的光强变化，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的夹角。布儒斯特角当自然光以某一特定角度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，这个特定角度叫做布儒斯特角。

复色光分解为单色光的现象叫做光的色散。色散现象利用三棱镜可以将复色光分解为不同波长的单色光，形成光谱。实验中可以观察到不同颜色的光在棱镜中的折射率不同，导致出射角度不同，从而实现光的色散。三棱镜分光实验色散现象及三棱镜分光实验

05现代光学技术与应用

激光技术与应用领域激光产生原理及特性阐述激光的产生机制，包括受激辐射、光放大等过程，以及激光具有高亮度、单色性、方向性等特性。激光器类型与工作原理介绍常见的固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器等类型，以及它们的工作原理和适用范围。激光技术应用领域列举激光在材料加工、医疗、通信、军事等领域的应用，如激光切割、激光焊接、激光治疗、激光雷达等。

阐述非线性光学现象的基本原理，如光的折射、反射、透射等在线性光学中的表现，以及二次谐波产生、和频与差频产生、