2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：光學(xué)總結(jié)

1、光學(xué)總結(jié)一、基本概念1、光程：2、相干光的獲得：3、雙光束干涉分波振面法、分振幅法 光疏媒質(zhì)（n較小） 光密媒質(zhì)（n較大），反射光與入射光在反射點(diǎn)將出現(xiàn)的位相突變的現(xiàn)象。4、半波損失現(xiàn)象： 阿貝波特實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置物面透鏡1衍射面像面透鏡2空間濾波：在透鏡的像方平面（衍射面）上人為地增加或減少參與成像的空間頻譜成分，從而得到改變的像的方法。全息照相 1. 全息照相的特點(diǎn) 普通照相底片記錄物體各點(diǎn)的光強(qiáng)（振幅），彩色照相底片還記錄了光的波長(zhǎng)信息；全息照相同時(shí)記錄光的全部信息（波長(zhǎng)、振幅和相位）。 普通照相得到的只是物體的二維平面圖像；全息照相可以再現(xiàn)物體的立體圖像。 普通照相底片撕去一部分，記錄的圖

2、像就不完整；全息照片只需其中一小片，仍能再現(xiàn)完整的圖像。全息照相的記錄和再現(xiàn) 全息照相的記錄物光和參考光進(jìn)行相干疊加，在全息感光片上形成干涉條紋。感光片記錄下來(lái)的干涉圖樣經(jīng)顯影處理后得全息底片，稱為全息圖全息照相的再現(xiàn) 用同參考光完全相同的光（再現(xiàn)光）照射全息底片，在原來(lái)物的位置上將觀察到立體逼真的原物的虛像。在對(duì)全息圖對(duì)稱的位置還有一個(gè)原物的三維實(shí)像，通常有很大像差。3. 全息照相的應(yīng)用 全息信息存儲(chǔ) 全息顯微攝影和全息顯示 顯微放大；立體電影、電視；防偽標(biāo)志、保密標(biāo)記、藝術(shù)和裝飾等。 全息干涉計(jì)量 無(wú)損探傷、微應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、振動(dòng)分析等。 全息光學(xué)元件 全息透鏡、全息光柵、全息濾光片、全息掃

3、描器等。 非線性光學(xué) 非線性光學(xué)研究介質(zhì)在強(qiáng)相干光作用下產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象及其應(yīng)用。 1. 非線性光學(xué)現(xiàn)象 光與介質(zhì)相互作用時(shí)，介質(zhì)極化。在各向同性的介質(zhì)中，極化強(qiáng)度 與場(chǎng)強(qiáng) 的方向相同，大小滿足關(guān)系式： 為通常的極化率，、 為二階、三階的極化系數(shù)，是與光強(qiáng)無(wú)關(guān)的常量，由介質(zhì)的性質(zhì)決定。 對(duì)于強(qiáng)激光（E1010 V/m），電場(chǎng)強(qiáng)度可與原子內(nèi)部的庫(kù)侖場(chǎng)相比擬，介質(zhì)的極化強(qiáng)度不僅與場(chǎng)強(qiáng)E的一次方有關(guān)，而且還決定于E的更高冪次項(xiàng)，從而導(dǎo)致產(chǎn)生各種非線性現(xiàn)象，稱為非線性光學(xué)。 普通光源光波的電場(chǎng)強(qiáng)度（約1034 V/m）遠(yuǎn)小于原子內(nèi)部的平均場(chǎng)強(qiáng)（約31010 V/m），介質(zhì)的極化強(qiáng)度與光波的電場(chǎng)強(qiáng)度成正

4、比，即 P = E ，此時(shí)光波疊加遵守線性疊加原理，稱為線性光學(xué)。 強(qiáng)光與被動(dòng)介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的非線性光學(xué)現(xiàn)象； 強(qiáng)光與激活介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的非線性光學(xué)現(xiàn)象；如光學(xué)整流、光學(xué)倍頻、光學(xué)混頻、自聚焦等。 如受激拉曼散射、受激布里淵散射等。 2. 光學(xué)倍頻除原有頻率的基頻外，還出現(xiàn)了頻率2的倍頻項(xiàng)（稱為光學(xué)倍頻）和直流項(xiàng)（稱為光學(xué)整流）。設(shè)角頻率為 的強(qiáng)激光入射到非線性介質(zhì)上，其場(chǎng)強(qiáng)為 介質(zhì)響應(yīng)的極化強(qiáng)度為（略去三階以上高次項(xiàng)）：3. 光學(xué)混頻當(dāng)兩束頻率為1和 2（12）的激光同時(shí)射入介質(zhì)時(shí)， 利用光學(xué)混頻效應(yīng)可制作光學(xué)參量振蕩器，這是一種可在很寬范圍內(nèi)調(diào)諧的類似激光器的光源，可發(fā)射從紅外到紫外的相干輻射。 極化強(qiáng)度 P 中除產(chǎn)生基頻、倍頻和直流項(xiàng)外，還將產(chǎn)生頻率為(1+2)的和頻項(xiàng)和頻率為(12)的差頻項(xiàng)，稱為光學(xué)混頻。4. 自聚焦 在強(qiáng)光作用下某些非線性介質(zhì)（如二硫化碳、甲苯）的折射率將隨光強(qiáng)的增加而增大。 激光束的強(qiáng)度具有高斯分布，光強(qiáng)在中軸處最大，并向外圍遞減，于是激光束的軸線附近有較大的折射率，像凸透鏡一樣光束將向軸線自動(dòng)會(huì)聚，直到光束達(dá)到一細(xì)絲極限（直