物理光学(1)

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1、1 菲涅尔用光的弹性以太论：电矢量两个分量与入射面平行和垂直，在反射折射过程里这两个分量的振动是相互独立的。7.5.3本征振动：把这种经过光学器件后不发生变化的振动方式，叫做该光学器件的本征振动。例如：（1）两种透明媒质的界面的本征振动是 p 振动和 s 振动（2）波晶片的本征振动是 o 振动和 e 振动（3）旋光镜片的-L-R-（4 ）（2）（3 的区别：垂直于光轴方向和平行于光轴方向切割出一块平行平面晶体。沿 o 方向或 e 方向线偏振的光束经 波晶片后仍分别为沿方向或方向的线偏振光。主截面：光线沿晶体某界面入射，界面法线与晶体光轴组成的平面。当入射面和主截面重合时，两折射线 o 光振动方

2、向与主平面垂直，e 光平行。皆在入射面内。回答了：光在两种介质界面上的行为。1 能流的分配，2 位相的跃变，3 偏振态的变化。光从光疏介质射向密介质时反射过程中，如果反射光在离开反射点时的振动方向相对于入射光到达入射点时的振动方向恰好相反，这种现象叫做半波损失。 从 波 动 理 论 知 道 ， 波 的 振 动 方 向 相 反相 当 于 波 多 走 （ 或 少 走 ） 了 半 个 波 长 的 光程 。 入 射 光 在 光 疏 媒 质 中 前 进 ， 遇 到 光 密媒 质 界 面 时 ， 在 掠 射 或 垂 直 入 射 2 种 情 况下 ， 在 反 射 过 程 中 产 生 半 波 损 失 ， 这

3、只 是对 光 的 电 场 强 度 矢 量 的 振 动 而 言 。 如 果 入射 光 在 光 密 媒 质 中 前 进 ， 遇 到 光 疏 媒 质 的界 面 时 ， 不 产 生 半 波 损 失 。 不 论 是 掠 射 或垂 直 入 射 ， 折 射 光 的 振 动 方 向 相 对 于 入 射光 的 振 动 方 向 ， 永 远 不 发 生 半 波 损 失 。 光 的 干 涉 现 象 是 有 关 光 的 现 象 中 的 很重 要 的 一 部 分 ， 而 只 要 涉 及 到 光 的 干 涉 现象 ， 半 波 损 失 就 是 一 个 不 得 不 考 虑 的 问 题 。光 在 不 同 介 质 表 面 反 射

4、时 ， 在 入 射 点处 ， 反 射 光 相 对 于 入 射 光 来 说 ， 可 能 存 在半 波 损 失 ， 半 波 损 失 可 以 通 过 直 观 的 实 验现 象 干 涉 花 样 来 得 到 验 证 。 半 波 损 失 理 论 的 应 用 :半 波 损 失 理 论 在 实 践 生 活 中 有 很 重 要 的 应 用 ， 如 ： 检 查 光 学 元 件 的 表 面 ，光 学 元 件 的 表 面 镀 膜 、 测 量 长 度 的 微 小 变 化 以 及 在 工 程 技 术 方 面 有 广 泛 的 应用 。 半 波 损 失 的 原 因 :在 洛 埃 镜 实 验 中 ， 如 果 将 屏 幕 挪 进

5、 与 洛 埃 镜 相 接 触 。 接 触 处 两 束 相 干波 的 波 程 差 为 零 ， 但 实 验 发 现 接 触 处 不 是 明 条 纹 ， 而 是 暗 条 纹 。 这 一 事 实 说明 洛 埃 镜 实 验 中 ， 光 线 自 空 气 射 向 平 面 镜 并 在 平 面 镜 上 反 射 后 有 了 量 值 为 的 位 相 突 变 ， 这 也 相 当 于 光 程 差 突 变 了 半 个 波 长 。 光 在 反 射 时 为 什 么 会 产 生 半 波 损 失 呢 ？ 这 是 和 光 的 电 磁 本 性 有 关 的 ， 可通 过 菲 涅 耳 公 式 来 解 释 。 在 任 何 时 刻 ， 我

6、们 都 可 以 把 入 射 波 、 反 射 波 和 折 射 波 的 电 矢 量 分 成 两个 分 量 ， 一 个 平 行 入 射 面 ， 另 一 个 垂 直 入 射 面 。 有 关 各 量 的 平 行 分 量 和 垂 直分 量 依 次 用 指 标 p 和 s 表 示 。 以 i1、 i1 和 i2 分 别 表 示 入 射 角 、 反 射 角 和 折 射 角 ， 它 们 确 定 了各 波 的 传 播 方 向 。 以 A1、 A1、 A2 来 依 次 表 示 入 射 波 、 反 射 波 和 折射 波 的 电 矢 量 的 振 幅 ， 它 们 的 分 量 相 应 就 是 Ap1、 Ap1、 As2。

7、但 由 于 三 个 波 的 传 播 方 向 各 不 相 同 ， 必 须 分 别 规 定各 分 量 的 某 一 方 向 为 正 ， 这 种 规 入 射 光 在 光 疏 介 质 （ n1 小 ） 中 前 进 ， 遇 到光 密 介 质 （ n2 大 ） 的 界 面 时 定 可 任 意 （ 只 要 在 一 个 问 题 的 全 部 讨 论 过 程 中 始终 采 取 同 一 种 正 方 向 选 择 ） 。 1 一个被光线照射的表面上的照度定义：照射在单位面积上的光通量。 （光通量：实际是功率。单位时间内光源发出或通过一定接受面的能量，单位是流明 lm）照度 lx 勒克斯：2 124 发光强度和亮度：发光强

8、度 I 是candela1 流明每球面度亮度是针对扩展光源的每块面元 ds 沿某一个方向有个发光强度，再除这个方向上的单位投影面积，流明、每平方厘米、每球面度单位立体角内，单位投影面积上的光通量就是扩展光源沿某一方向的亮度。：点光源沿某一个方向单位立体角内发出的光通量。(视见函数：各种波长的光引起相同的亮暗感觉所需的辐射能通量中以 5550A 的绿光最敏感它需要的辐射能通量最少。 。5550A的绿光和任一波长的光产生相同亮暗感觉所需要的光通量之比。称为视见函数最大值为 1。适光性视见函数和适暗性视见函数：在明亮和昏暗的环境中视见函数是不同的。在昏暗的环境中，视见函数的极大值超短波方向移动，人眼

9、对蓝光比较敏感，物体偏蓝绿色。)1 照相机的景深照相机的物距一般远大于镜头焦距，所以像成在像方焦平面附近，在小范围内调节镜头和底片之间的距离，可以使不同距离以外的物体成清晰的实像于底片上。照相机的镜头只能使一个物平面上的在底片上点对点得精确成像，在这个物平面前或后的点在底片上成的是一个光斑，如果光斑线度小于底片能够分辨的最小距离，就认为这个平面上的物体在底片上成像仍然是清晰地。物体能够清晰成像的这个前后范围成为景深85： 1 用两个点源做光的干涉实验的典型代表：杨氏双缝干涉实验：从同一列波的波面上取出的两个次波源总是相干的，即使它俩的位相都不稳定，但位相差却是恒定的。2 自由光谱范围；高阶干涉

10、条纹3：夫琅禾费单缝衍射实验由于投射在这 n条缝上的平行光线是来自同一个点光源，所以光栅是一个典型的分波前干涉装置，所以 n 条缝之间又是相干迭加的所以接受屏上就不是单纯的单缝衍射图样光强增大n 倍。屏幕上一点的光振动是各缝引起震动相干迭加结果，这些光振动之间有相位差，相位差和 p 点的位置有关。不是，对缝宽一定的单缝，不同波长的单色光形成同级明条纹的角位置也不一样。波长越大的衍射角越大。形成衍射光谱。单缝衍射每一点的光强仅仅有衍射角决定，与峰的位置无关。3 光栅，单缝衍射因子的作用。乘上单缝衍射因子后各级主级强大小不同，刚好遇上单缝衍射因子零点那几集主极强又消失了。缺级，包络是单缝衍射。3

11、等厚干涉：下表面反射的光比上表面反射的光多走的路程就是 2nh 等厚线的光程差就不同，形成不同强度的干涉条纹。4 杨氏实验：两个电光源在接受屏上造成的复振幅分布。两球面波干涉场中等强度面是双曲面，双孔对接受屏幕中心所长的角度和干涉条纹间距成反比，乘积是波长。5 231 光具组的孔径光阑，联合光具组的入射光瞳，它限制了入射的平行光束的孔径，6 单个折射球面的物象距公式 49 页。5.15 5.18 式子6：棱镜光谱仪：95 页 19 页，n 大波长小，所以棱镜分光紫光偏折最大，色散本领和色分辨本领7 菲涅尔在惠更斯 菲涅尔原理 的基础上，提出将提出将波阵面分割为许多等面积的波带的方法：半波带衍射

12、角不同单缝处波阵。在相邻的波带上任何两个对应点发出光线的光程差总是办个波长，所以在 p 点的位相差总是 这样如果单缝处被分成偶。数个半波带，则 p 点复振幅由于成对抵消而为 0，就是暗条纹，奇数个就是亮条纹（ab 两边缘光线光程差为半波长偶数倍就是暗条纹的中心，奇数倍就是明条纹的中心。中央零级条纹是费马原理的像点，0 光程差所以最亮。 ） 。而且衍射角越大，半波带越多，面积越小，明条纹光强越小。面分割出来的半波带个数不同半波带.所以说眼角为 0，的中央 0 级明条纹强度最大因为它对应的这个半波带的面积最大。2 偏振光的干涉及其应用两个偏振片之间插入一个厚度为的波晶片，波晶片又叫位相延迟片。使两

13、束偏振光之间产生位相差：e分量和 o 分量都只有他们在第二个偏振片的透振方向上的投影才能通过。三个相干条件中的一个。2 分解成两个相互垂直的简谐振动。圆偏振光可以位相差 90 看成两个相互垂直的线偏振光的合成3 205 页 显色偏振 ：如果白光中缺了一种颜色的光就呈现出它的互补色来 e 轴和 o轴的正向对偏振片投影也会引起位相差，若两个投影分量方向一致，0 若方向相反180 因为波晶片对不同波长的光产生的相位延迟不同。白光入射时如果随着旋转这三个元件中的任一个，不同波长的光交替产生极大和消光现象，最后接受屏幕上的颜色就会变化。3 望远镜接受平行光故讨论它的分辨本领用夫琅禾费衍射理论，显微镜接收的是发散角很大的同心光束，球面波。