物理光學期末復習重點

1、物理光學復習要點第一章 光的電磁理論一、電磁理論1.光是電磁波，具有波動和粒子的兩重性質(zhì)，稱為波粒二象性。2.物理光學是從光的波動性出發(fā)來研究光在傳播過程中所發(fā)生的現(xiàn)象的學科，所以也稱為波動光學。3. Maxwell方程組：積分形式、微分形式 4.物質(zhì)方程：5.波動方程6.介質(zhì)的折射率：7. 邊值關(guān)系：8. 波（陣）面：將某一時刻振動相位相同的點連接起來，組成的曲面叫波陣面9. 波長：簡諧波具有空間周期性，波形變化一個周期時波在空間傳播的距離稱為波的空間周期，一維簡諧波的空間周期為波的波長；即為，具有長度的量綱L。10. 空間頻率：空間周期即波長的倒數(shù)稱為空間頻率；f=1/11.空間角頻率：k

2、=2f，在數(shù)值上等于空間頻率的2倍，所以也稱為傳播數(shù)，k的符號表示一維波的傳播方向，當k0時，表示波沿著+z的方向傳播；當k0時，表示波沿著-z的方向傳播。12. 時間參量與空間參量的關(guān)系為：13. 坡印廷矢量稱為能流密度矢量或者稱為坡印廷矢量，它的大小表示電磁波所傳遞的能流密度，它的方向代表能量流動的方向或電磁波傳播的方向。14. 電磁波強度(光強)的定義是：能流密度在接收器可分辨的時間間隔(即響應時間)內(nèi)的時間平均值。 二、菲涅爾公式15. 折射和反射定律的內(nèi)容是：時間頻率是不變的；反射波和折射波均在入射面內(nèi)；反射角等于入射角。16. 折射定律：折射介質(zhì)折射率與折射角正弦之積等于入射介質(zhì)折

3、射率與入射角正弦之積。（）17.菲涅耳公式 18. 布儒斯特定律：19. 能流比:通過界面上某一面積的入射光、反射光和折射光通量之比20. 將菲涅爾公式代入反射比和透射比的公式，得21. 全反射臨界角sinc= n2/n122. 隱矢波：全反射時全部光能都反回第一介質(zhì)，光波將透入第二介質(zhì)很短的一層表面(深度約為光波波長，并沿界面流動約半個波長再返回第一介質(zhì)。第二介質(zhì)表面的這個波稱為隱矢被。三、光的色散和吸收23. 光的吸收:光通過介質(zhì)時，介質(zhì)吸收了部分入射光能量（不同于金屬表面的吸收），其光強度隨進入介質(zhì)的深度而減弱的現(xiàn)象，若入射的是單色簡諧光波，表現(xiàn)為該波函數(shù)的振幅減小。24. 色散：介質(zhì)的

4、折射率隨光的頻率或波長而變化的現(xiàn)象25. 散射：光通過介質(zhì)時，介質(zhì)中出現(xiàn)了向其它方向發(fā)散的光線第二章 光波的疊加分析掌握同頻率同振動方向的光波的疊加1. 光波的獨立傳播原理：當從光源A和光源B發(fā)出的兩列光波在同一空間區(qū)域傳播時，它們之間互不干擾，每一列光波如何傳播，都按各自的規(guī)律獨立進行，完全不受另一列光波的影響。2. 光波的疊加原理：光波在媒質(zhì)中傳播時，必然引起空間各點的擾動。當兩個或多個光波同時在該區(qū)域內(nèi)傳播時，空間各點都將同時受到各個光波的作用，如果光波的獨立傳播原理成立，則它們疊加的空間區(qū)域內(nèi)，相遇點產(chǎn)生的和振動是各個光波單獨存在時該點振動的矢量之和。3. 將波在其中傳播時服從疊加原理

5、和獨立傳播原理的媒質(zhì)稱為線性媒質(zhì)；不服從疊加原理和獨立傳播原理的媒質(zhì)稱為非線性媒質(zhì)。4. 兩個頻率相同、振動方向相同而傳播方向相反的單色光波產(chǎn)生疊加后形成駐波。5. 調(diào)制波光強為確定數(shù)值的點的傳播速度就是調(diào)制波的“位相速度”-群速度。群速度是指某個光強值在空間的傳播速度，因此它表示拍頻波能量的傳播速度。6. 載波零位相點(或位相值為其它數(shù)值的點)的傳播速度就是載波的位相速度；第三章 光的干涉和干涉儀1. 當兩個或兩個以上振動方向相同、頻率相同的單色光波在空間產(chǎn)生疊加時，疊加區(qū)域內(nèi)將出現(xiàn)周期性的強度分布圖象，這就是光的干涉。2. 光的干涉問題包括光源、干涉裝置和干涉圖形等三個要素3. 干涉的三個

6、必要條件： 兩疊加光波的頻率相同、振動方向相同、位相差恒定。滿足這三個條件的光波稱為相干光波，相應的光源為相干光源4. 在非相干疊加時，光強是均勻分布的。5. 單個原子發(fā)光是間歇的，持續(xù)時間約10-9秒。前后光波是完全獨立的，初相位沒有固定關(guān)系。不同原子發(fā)出的波列也如此。6. 如果在觀察時間t 內(nèi)，相位差保持恒定,則合成光強在空間形成強弱相間的穩(wěn)定分布。這是相干疊加的重要特征。7. 光波分離基本方法：分波陣面法和分振幅法；分波陣面法：把光波的波面（波前）分為兩部分。如楊氏雙縫干涉實驗分振幅法：利用反射和折射把原光波振幅分為兩部分。如薄膜干涉、等厚干涉無論是分波前法還是分振幅法，只有光程差小于光

7、波的波列長度，才能滿足位相差恒定的條件。 楊氏干涉實驗8.光強分布 = 亮紋 暗紋任何兩條相鄰的明（或暗）條紋所對應的光程差之差一定等于一個波長值。9. 干涉條紋的表征：干涉級m條紋間距e：；由條紋間距e與兩孔間距d的反比關(guān)系可知，要使干涉條紋易于觀察，兩孔間距應盡可能小。會聚角；條紋間距與光束的會聚角成反比。因此，會聚角應盡可能小。10. 楊氏雙縫干涉屬于非定域干涉。11. 干涉條紋的清晰程度用條紋的對比度表示。定義是條紋的對比度取決于以下三個因素：光源大小、光源的非單色性、兩相干光波的振幅比。平行平板產(chǎn)生的干涉12. 條紋定域：能夠得到清晰干涉條紋的區(qū)域。非定域條紋：在空間任何區(qū)域都能得到

8、的干涉條紋。定域條紋：只在空間某些確定的區(qū)域產(chǎn)生的干涉條紋。點光源照明產(chǎn)生非定域條紋當利用擴展光源進行干涉實驗時，將得到定域干涉，也可以說，定域干涉是擴展光源的特征。在擴展光源情況下： 能夠得到清晰條紋的特定平面域稱為定域面。 所觀察到的條紋為定域條紋。在平行平板的干涉中，光程差只取決于折射角，相同折射角的入射光構(gòu)成同一條紋，稱等傾條紋13. 光程差計算 考慮半波損失：無半波損失14. 對于不同的干涉裝置，明暗紋條件一致。16. 圓形等傾條紋: 等傾條紋的形狀與觀察方位有關(guān)。當望遠鏡光軸與平板法線平行時，即望遠鏡焦平面與平板表面平行時，等傾條紋是一組同心圓條紋，圓心位于透鏡的焦點。條紋特點:

9、形狀：一系列同心圓環(huán); 條紋間隔分布：內(nèi)疏外密。楔形平板產(chǎn)生的干涉：分振幅等厚干涉17. 平行光入射非均勻薄膜，入射角 相同。厚度不均勻的薄膜形成的干涉條紋的級次僅隨薄膜的厚度變化。這種干涉叫等厚干涉 。18. 垂直入射到劈尖上：明條紋: 暗條紋: 劈棱處h=0，只是由于有半波損失，兩相干光相差為p，因此形成暗條紋。條紋間距19. 干涉條紋分布的特點：當有半波損失時，在h=0劈棱處為暗紋，否則為一亮紋；干涉條紋是平行于棱邊的直條紋；楔角愈小，干涉條紋分布就愈稀疏；當用白光照射時，將看到由劈棱開始逐漸分開的彩色直條紋。20. 牛頓環(huán)：將一塊半徑很大的平凸鏡與一塊平板玻璃疊放在一起，用單色平行光垂

10、直照射，由平凸鏡下表面和平板玻璃上表面兩束反射光干涉。產(chǎn)生的等厚干涉條紋稱牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉圖樣是以接觸點為圓心的一組明、暗相間的同心圓環(huán)，有半波損失時，中間為一暗斑。21. 牛頓環(huán)明暗紋條件由下式?jīng)Q定：22. 透鏡曲率半徑23.第N個暗環(huán)滿足的光程差條件：24. 干涉級高的環(huán)間的間距小，即隨著r的增加條紋變密，即：條紋不是等距分布。25. 邁克爾孫干涉儀 光程差 法布里-珀羅干涉儀 多光束干涉26. 干涉場的強度隨R和而變，在特定R的情況下，則僅隨而變；光強度只與光束傾角有關(guān)。傾角相同的光束形成同一個條紋，是等傾條紋。當透鏡的光軸垂直于平板時，等傾條紋是一組同心圓環(huán)。27. 在反射光方向形成亮

11、條紋和暗條紋的條件:亮條紋：;暗條紋： 透射光方向相反28. 條紋的銳度用它們的位相半寬度來表示，亮條紋中強度等于峰值強度一半的兩點間的距離，記為。29. 用相鄰條紋間距離(2)和條紋半寬度()之比表示條紋的銳度，稱為條紋的精細度：30. 第五章 光的衍射1. 光的衍射是指光波相傳播過程中遇到障礙物時，所發(fā)生的偏離直線傳播的現(xiàn)象。光可統(tǒng)過障礙物;在障礙物后呈現(xiàn)出光強的不均勻分布。光的衍射現(xiàn)象與光的干涉現(xiàn)象就其實質(zhì)來講，都是相干光波疊加引起的光強的更新分布，所不同之處在于: (1)干涉現(xiàn)象是有限個相干光波的疊加; (2)衍射現(xiàn)象則是無限多個相干光波的疊加結(jié)果。2. 衍射問題的三個基本要素：1.光

12、源發(fā)出的光波。2.衍射物。3.衍射圖形。3. 在基爾霍夫標量衍射理論的基礎(chǔ)上，研究兩種最基本的衍射現(xiàn)象和應用：菲涅耳衍射(近場衍射)和夫瑯和費衍射(遠場衍射)4. 菲涅耳基爾霍夫衍射公式：菲涅耳近似：夫瑯禾費近似： 典型孔徑的夫瑯合費衍射5. 矩孔衍射， 強度分布特點 中央亮斑面積為。中央亮斑面積與矩形孔面積成反比，在相同波長和裝置下，衍射孔愈小，中央亮斑愈大.6. 單縫衍射各級亮條紋光強不相等，中央最大值的光強最大，次極大值都遠小于中央最大值，并隨著級數(shù)的增大而很快地減小，即使第一級次極大值也不到中央最大值的5%相鄰暗點的距離 7. 單縫衍射光強分布特點：1).中央亮條紋的寬度等于其它亮條紋

13、角寬度的二倍?？p越窄，半角寬度和半線寬度越大，衍射現(xiàn)象越明顯。 2).波長越長，衍射現(xiàn)象也越明顯；用白光為光源，中央亮紋為白色，其他各級條紋呈現(xiàn)彩色。3).當，衍射現(xiàn)象不明顯，波動光學過渡到幾何光學。 8. 圓孔衍射9. 10.11. 其中中央亮斑稱為愛里斑，它的半徑滿足：z0=1.22p,即。愛里斑的半徑：第七章 光的偏振與晶體光學1. 自然光：具有一切可能的振動方向的許多光波之和。 特點：振動方向的無規(guī)則性。 表示：可用兩個振動方向垂直的、強度相等的、位相關(guān)系不確定的光矢量表示。2. 線偏振光：光矢量方向不變，其大小隨位相變化。振動平面：光矢量與傳播方向組成的平面稱為線偏振光的振動平面。3

14、. 圓偏振光：光矢量大小不變，其方向繞傳播方向均勻轉(zhuǎn)動，且矢量末端軌跡為圓。4. 橢圓偏振光：光矢量大小和方向都在有規(guī)律地變化，且矢量末端軌跡為橢圓。5. 迎著光線看（對著光的傳播方向），光矢量順時針轉(zhuǎn)的稱右旋圓(橢圓)偏振光；逆時針轉(zhuǎn)的稱左旋圓(橢圓)偏振光。6. 彼此無固定相位關(guān)系、振動方向任意、不同方向上振幅不同的大量光振動的組合,稱部分偏振光，它介于自然光與線偏振光之間。7. 部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。也可分解為線偏振光和自然光的疊加。8. 偏振度9. 偏振光的產(chǎn)生。主要方法：反射和折射、二向色性、散射、雙折射10. 入射角為布儒斯特角，即；

15、反射光為線偏振光。振動方向垂直于入射面。透射光為部分線偏振光。11. 某些物質(zhì)能有選擇的吸收某一個方向的光振動，而只允許某個特定方向的光振動通過，物質(zhì)的這種性質(zhì)稱為二向色性。12. 偏振片有一個特定的方向，只讓平行于該方向的振動通過。我們把允許特定光振動通過的方向稱為偏振化方向。13. 偏振光：偏振片P2旋轉(zhuǎn)一周時，光強度經(jīng)歷兩次最明、兩次最暗的變化。14. 自然光：偏振片P1旋轉(zhuǎn)一周時，光強度并不發(fā)生變化。15. 馬呂斯定律。消光比：最小透射光強和最大透射光強之比。16. 束在某些晶體中傳播時，由于晶體對兩個相互垂直振動矢量的光的折射率不同而產(chǎn)生兩束折射光，這種現(xiàn)象稱為雙折射17. 一條遵守

16、通常的折射定律(n1sini =n2sinr)，折射光線在入射面內(nèi)，這條光線稱為尋常光線(ordinary rays)，簡稱o光。 18. 另一條光線不遵守通常的折射定律，它不一定在入射面內(nèi)，這條光線稱為非常光線(extraordinary rays)，簡稱e光。19. 只有在晶體內(nèi)部光線才有必要分為o光和e光，它們具有不同的傳播特性，一旦從晶體透出進入各向同性介質(zhì)后就成為普通的線偏振，無所謂o光和e光了20. 在雙折射晶體中存在一個特殊的方向，當光束在這個方向傳播時不發(fā)生雙折射，此方向稱為晶體的光軸。：“光軸”是一個“方向”，并不限于某一特殊的直線。21. 波片使兩個振動方向相互垂直的光產(chǎn)生位相(phase)延遲。22. 制作：用單軸透明晶體做成的平行平板，光軸與表面平行。23 l/4波片：1）線偏振光入射時，出射光為橢圓偏振光；2）與快慢軸都成45度線偏振光入射，出射光為圓偏振光。24. l/2波片：1）橢圓偏振光入射時，出射光仍為橢圓偏振光，只是旋向 相反；2）線偏振光入射時，出射光仍為線偏振光。若入射的線偏振光與快（慢）軸夾角為a，出射光的振動方向向著快（慢）軸