復(fù)試物理光學(xué)

12、麥克斯韋方程組的積分形式（交變場）高斯定理：法拉第定理：（渦旋定理）后兩個公式反映了磁場和電場之間的相互作用。D：電感強度B：磁感強度E：電場強度H：磁場強度：磁通量變化的磁場產(chǎn)生渦旋電場變化的電場產(chǎn)生渦旋磁場位移電流－電場的變化傳導(dǎo)電流－電荷的流動電荷可以單獨存在，電場是有源的磁荷不可以單獨存在，磁場是無源的23、麥克斯韋方程組的微分形式（交變場）微分形式：揭示了電流、電場、磁場相互激勵的性質(zhì)電位移的散度等于該點處自由電荷的體密度電位移矢量起止于存在自由電荷的地方電場強度的旋度等于該點處磁感強度變化率的負值磁感應(yīng)強度（磁通密度）的變化會引起環(huán)行電場磁感強度的散度處處等于零磁場沒有起止點磁場強度的旋度等于該點處傳導(dǎo)電流密度與位移電流密度的矢量和位移電流和傳導(dǎo)電流一樣都能產(chǎn)生環(huán)行磁場3麥克斯韋方程揭示了電場、磁場的性質(zhì)及電、磁場之間的聯(lián)系。方程①：電場的高斯定律：電場可以是有源場；電力線必須從正電荷出發(fā)終止于負電荷。方程②：磁通連續(xù)定律：磁場是無源場；通過閉合面的磁通量等于零，磁力線是閉合的。方程③：法拉第電磁感應(yīng)定律：變化磁場產(chǎn)生感應(yīng)電場（渦旋場），其電力線是閉合的。方程④：安培全電流定律：傳導(dǎo)電流和位移電流都對磁場的產(chǎn)生有貢獻?？偨Y(jié)：4二、物質(zhì)方程（描述物質(zhì)在場作用下特性的方程）歐姆定律：電導(dǎo)率介電常數(shù)磁導(dǎo)率電磁場所在物質(zhì)的性質(zhì)基本物理量麥克斯韋方程組物質(zhì)方程描述時變場情況下電磁場普遍規(guī)律電磁場所在媒質(zhì)的性質(zhì)5固定某一時刻

，看波在空間的分布：

固定空間某點

，隨時間周期振動：

傳播速度波長時間頻率6波動公式：（10－25）（10－26）上式是一個具有單一頻率、在時間和空間上無限延伸的波。7六、光波的輻射（一）電偶極子輻射：（二）輻射能輻射強度矢量或坡印亭矢量電磁波的傳播過程伴隨著能量在空間的傳遞用于描述電磁能量的傳播S方向表示能量流動的方向其大小表示單位時間垂直通過單位面積的能量S與E和B互相垂直，組成右手螺旋系光強度(二）位相關(guān)系

光通過界面時折射光波不發(fā)生相位變化

折射波：

反射波：

n1<n2光疏到光密n1>n2光密到光疏六、倏逝波

問題：

全反射時的表觀現(xiàn)象：實驗分析：

1、有折射光波進入第二媒質(zhì)2、透入深度與入射波長有關(guān)3、振幅足夠強時，將進入另一光密媒質(zhì)，且按常規(guī)傳播光從光密媒質(zhì)界面上發(fā)生全反射時，透過界面進入第二媒質(zhì)約波長量級，并沿著界面流過波長量級距離（古斯-哈森位移）后返回第一媒質(zhì)，沿著反射波方向出射的波倏逝波：第二媒質(zhì)中沒有折射波場在界面上不連續(xù)干涉條件（必要條件）：補充條件：疊加光波的光程差不超過波列的長度滿足干涉條件的光波，叫相干光波；其光源稱為相干光源。相干光波和相干光源將一個光波分離成兩個相干光波方法：分波前法分振幅法注意：干涉的光強分布只與光程差有關(guān)114、干涉條紋的間隔定義：兩條相干光線的夾角為相干光束的會聚角，用w表示。m+1在三維空間中，干涉結(jié)果：等光程差面等光程差面與屏幕的交線等光程差面是一組以m為參數(shù)的回轉(zhuǎn)雙曲面族局部位置條紋1415二、平行平板干涉（等傾干涉）1.光程差計算163、條紋分析干涉條紋為同心圓環(huán)。。涉條紋，稱為等傾干涉相同，為一條干相同，只要的函數(shù)，變化，條紋是隨）（

DD1111qqq17圖11-18楔形平板的干涉θ2ACSPBβ=0θ1nn'n'2、光程差計算板厚度很小，楔角不大用平行平板的公式近似前提：結(jié)果：假設(shè)：楔形平板的折射率是均勻的，光束的入射角為常數(shù)結(jié)論：干涉條紋與平板上厚度相同點B點的軌跡（等厚線）相對應(yīng)，這種條紋稱為等厚條紋（等光學(xué)厚度）18（3）條紋間距（4）a（5）與楔角成反比與波長成正比19球面干涉儀PLQDhR1R2PQ20DS優(yōu)點：1）兩束相干光完全分開2）光程差可以由一個鏡子的平移來改變3）可以很方便的在光路中安置被測量的樣品應(yīng)用：測波長、折射率、厚度用白光條紋作精密測量213、泰曼干涉儀通過研究光波波面經(jīng)光學(xué)零件后的變形確定零件質(zhì)量結(jié)構(gòu)原理在邁克爾遜干涉儀的一個光路中加入了被測光學(xué)器件單色準(zhǔn)直光照明，使產(chǎn)生等厚干涉條紋，用于檢驗光學(xué)零件的綜合質(zhì)量檢驗原理22§11－5典型的雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用一、典型干涉系統(tǒng)1、斐索干涉儀：等厚干涉型的干涉儀（光學(xué)零件表面質(zhì)量的檢查）a表面不平度L3GL2PQL1激光平面干涉儀H23242.自由光譜的范圍（能測量的最大波長差）l2的(m-1)級條紋l1的m級條紋自由光譜范圍類似于卡尺的最大量程。鈉燈的雙光譜Dl＝6nm25d1d2Dd26夫瑯合費衍射公式的意義（總結(jié)）C點到P點的位相延遲孔徑上其它點發(fā)出的子波與C點發(fā)出的子波的到達P點的的位相差。積分中是孔徑上各點發(fā)出的子波在方向余弦l和w代表的方向上的相干疊加。疊加結(jié)果取決于各點發(fā)出的子波與中心點發(fā)出子波的位相差。由于透鏡的作用，l和w代表的方向上的子波聚焦在透鏡焦面上的P點27e0x因為q較小，sinq=x/f’q,

中央極大條紋的角半徑半寬度：x0暗條紋的間隔主極大值的邊緣位置和寬度：28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：結(jié)論：相鄰暗環(huán)間隔不等，次極大光強比中央極大小得多。2r0結(jié)論：衍射大小與圓孔半徑成反比，而與光波波長成正比（4）巴俾里（Babinet)原理設(shè)有兩個互補屏：E1＋E2＝無屏產(chǎn)生的衍射：除中心點P＝0，則光強：所以形狀大小一樣的屏和孔產(chǎn)生的衍射圖樣是一樣的，一個形狀相等的狹縫和細絲的衍射圖形也是一樣。302.光強分布特點單縫衍射因子雙光束干涉因子31N=4在兩個極大之間有N－1個零點，有N－2個次極大值。323、特點及應(yīng)用①具有強烈的聚焦作用：②具有會聚透鏡一樣的功能：③與透鏡相比，波帶片制作簡便、省事；可將點光源成一十字象（長條形波帶片）；面積大、輕便、可折疊。352、光柵方程（光程差的計算）R1R2di光柵面法線R1R2di光柵面法線符號規(guī)則：光線位于光柵面法線異側(cè)，取“-”號；反之，取“+”號正入射時：斜入射時：光柵方程的普遍形式：光柵常數(shù)364.光柵的自由光譜區(qū)：由得光柵：法布里－珀羅標(biāo)準(zhǔn)具：自由光譜范圍大自由光譜范圍小375、光柵色分辨本領(lǐng)是指分辨兩條波長差很小的譜線的能力即分辨兩條很靠近的譜線的能力。根據(jù)瑞利判據(jù)，當(dāng)l＋l

產(chǎn)生的譜線的位置落在l的同級譜線的零點上時，兩個譜線剛好被分離。ll+Dl光柵所能分辨的最小波長差光柵的色分辨本領(lǐng)譜線的角半寬度38則有：因此：光柵線數(shù)光譜級次光柵：法布里－珀羅標(biāo)準(zhǔn)具：m=1或2，N很大N＝0.978，m很大空間周期的物理意義4f系統(tǒng)同樣，從F面P′到也是準(zhǔn)確的傅里葉變換，并得到原函數(shù)，但坐標(biāo)方向相反?？臻g濾波42三、馬呂斯定律和消光比如果一入射線偏振光的電矢量振動方向和檢偏器的透光軸成q角，則通過檢偏器之后的光強I為：起偏器：用來產(chǎn)生偏振光的偏振器件。檢偏器：用來檢驗偏振光的偏振器件。EcosqEsinqy（透光軸方向）xq431.渥拉斯頓棱鏡（Wollaston）：利用兩個正交的光軸分解光。材料：冰洲石，石英（二）偏振分束棱鏡——也稱為雙像棱鏡ff改變振動方向互相垂直的兩束線偏振光的傳播方向，獲得兩束分開的線偏振光ABCD442.洛匈棱鏡材料：石英只允許光從左方射入棱鏡可得到無色散的白色偏振光45二、波片（位相延遲器）它的作用是：o光和e光通過波片時的光程差與位相差：d是波片厚度。使兩個振動方向相互垂直的光產(chǎn)生位相延遲。制作：用單軸透明晶體做成的平行平板，光軸與表面平行。自然光起偏器檢偏器PAxy

波片

光軸46自然光部分偏振光3、部分偏振光：自然光在傳播過程中，由于外界的作用造成振動方向上強度不等，使某一方向上的振動比其它方向上的振動占優(yōu)勢。表示：部分偏振光=完全偏振光+自然光完全偏振光Ip=Imax-Imin偏振度：偏振光的疊加48四、偏振器件的矩陣表示491、線偏振光的歸一化瓊斯矢量：若光矢量沿x軸，，則：若光矢量與x軸成角，振幅為的線偏振光有則502、求長軸沿x軸，長短軸之比是2：1的右旋橢圓偏振光的歸一化瓊斯矢量。

根據(jù)已知條件有：歸一化瓊斯矢量為51解：自然光通過起偏器，成為線偏振光，其瓊斯矢量為：l/4波片,l/2，l/8波片的瓊斯矩陣分別為自然光通過光軸夾角為45度的線偏振器后，又通過了1/4、1/2和1/8波片，快軸沿波片Y軸，試用瓊斯矩陣計算透射光的偏振態(tài)。52解：自然光通過起偏器，成為線偏振光，其瓊斯矢量為：l/4波片,l/2，l/8波片的瓊斯矩陣分別為自然光通過光軸夾角為45度的線偏振器后，又通過了1/4、1/2和1/8波片，快軸沿波片Y軸，試用瓊斯矩陣計算透射光的偏振態(tài)。532、橢圓偏振光的測定含義：用實驗方法測定表示偏振狀態(tài)的參量（指定坐標(biāo)系中的方位角、橢圓度tg和旋向；或直角坐標(biāo)系下兩偏振光振幅比tg和位相差。）yxx’y’C2OA1A254方法：采用1/4波片和檢偏器的方法。步驟：1）首先用檢偏器測定橢圓長軸的方位角和橢圓度tg 2）用1/4波片和檢偏器測定橢圓偏光的旋向。1）設(shè)x’oy’坐標(biāo)系中橢圓