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1、绪论 Introduction主讲人：卓士创 徐州师范大学物理与电子工程学院1主 要 内 容 ：一、什么是光学二、光学的研究内容三、光学的发展简史四、光学的特点五、怎样才能学好光 学绪论2一、什么是光学光学是研究光现象的本质、规律及其 应用的一门科学。它是物理学的重要组成 部分。3二、光学的研究内容几何 光学包括：光的本性，光的发射、传播、接收，光和物质的相互作用以及光的应用等。光学的学科分支波动光学经典光学现代光学物理 光学量子光学主要分支4三、光学的发展简史萌芽时期几何光学时期波动光学时期量子光学时期现代光学时期5四、光学的特点年轻而古老：光缆、光盘等远古基础加应用：力、热、电、光工业、农
2、 业、军事、天文学、医学、电子学、材料科学、化学、生物、 通信等理论与实验：张量、卷积、相关、函数、傅氏变换普通光学实验、近代光学实验、现代光学实验等6五、怎样才能学好光学师生配合 认真备课 认真上课 答疑辅导 讲练结合 强化考核 要求严格 提前预习 认真听讲 及时复习 做好作业 应用巩固 理解配合 72010物11光学教学进度安排11=绪论1.1 波动的独立性1.2 由单色波叠加所 22=1.3分波面双光束干涉 1.4干涉条纹的可见度 *1.5 菲涅耳公式 33=1.6等倾干涉 1.7等厚干涉 1.10 干涉现象的一些应用 44=1.8 迈克耳逊干涉仪1.9 法珀干涉仪、多光束干涉 第一章
3、小结与习题课 55=2.1 光的衍射现象 2.2菲涅耳半波带2.3夫琅禾费单缝 衍射 66=2.4 夫琅和费圆孔衍射 2.5平面衍射光栅 77= 第二章 小结与习题课（第6周十一放假未冲课）88=3.1 基本概和定律 3.2 光在平面上的3.3 光在折射球面上的 99=3.4光连续在几个球界面上的3.5薄透镜 （3.6近轴物点近轴光线成像条件 ） 1010= 第三章 小结与习题课 期中测验（W10 周XX下午） 1111= *4.1（略讲）4.2 助仪*4.3目镜4.4 显微放大4.5 望远放大 4.6 光阑 光瞳 1212=*4.7 光度学概要 4.8物镜聚光本领 *4.9像差1313= 4
4、.10 助仪分辨本领 4.11 分光仪色分辨本领 第四章 小结与习题讨论课1414=5.1 自然光与5.2 线偏振光与5.3 光通过单轴 晶体时的5.4 光在晶体中的波面 5.5 光在晶体中的传播方向 1515= 5.6 偏振器件 5.7椭圆偏振光和圆偏振光 5.8 偏振态的实验检验 5.9 偏振光的干涉 第五章 小结与习题课 1616=第6章 光的吸收、散射和色散 1717=第7章 光的量子性1818= 课程总复习指导 82010物51光学教学进度安排21=绪论1.1 波动的独立性1.2 由单色波叠加所 32=1.3分波面双光束干涉 1.4干涉条纹的可见度 *1.5 菲涅耳公式 43=1.6
5、等倾干涉 1.7等厚干涉 1.10 干涉现象的一些应用 54=1.8 迈克耳逊干涉仪1.9 法珀干涉仪、多光束干涉 第一章 小结与习题课 6（第6周十一放假冲课） （冲：7= 第二章 小结与习题课）75=2.1 光的衍射现象 2.2菲涅耳半波带2.3夫琅禾费单缝 衍射86=2.4 夫琅和费圆孔衍射 2.5平面衍射光栅98=3.1 基本概和定律 3.2 光在平面上的3.3 光在折射球面上的 109=3.4光连续在几个球界面上的3.5薄透镜 （3.6近轴物点近轴光线成像条件） 1010= 第三章 小结与习题课 期中测验（W10 周XX下午） 1111= *4.1（略讲）4.2 助仪*4.3目镜4.
6、4 显微放大4.5 望远放大 4.6 光阑 光瞳 1212=*4.7 光度学概要 4.8物镜聚光本领 *4.9像差 1313= 4.10 助仪分辨本领 4.11 分光仪色分辨本领 第四章 小结与习题讨论课1414=5.1 自然光与5.2 线偏振光与5.3 光通过单轴 晶体时的5.4 光在晶体中的波面 5.5 光在晶体中的传播方向 1515= 5.6 偏振器件 5.7椭圆偏振光和圆偏振光 5.8 偏振态的实验检验 5.9 偏振光的干涉 第五章 小结与习题课 1616=第6章 光的吸收、散射和色散 1717=第7章 光的量子性1818= 课程总复习指导 9主要参考书教材： 光学教程第四版. 姚启钧
7、. 北京：高等教育出版社，2009. 其它参考书：赵凯华 钟锡华著. 光学. 北京：北京大学出版社，1984.母国光 战元龄著. 光学. 北京：人民教育出版社，1979.郭永康 鲍培谛编著. 光学教程( 第二版 ). 成都：四川大学出版社，1992.吴强 郭光灿著. 光学. 北京：中国科技大学出版社. 1997宣桂鑫编. 光学教程学习指导. 北京：高等教育出版社，2004. 10第1章 光的干涉 Chap. 1 Interference of Light主讲人：卓士创 徐州师范大学物理与电子工程学院11主要内容1.1 光波的独立性，叠加性和相干性 1.2 由单色波叠加所形成的干涉图样 1.3
8、分波面双光束干涉 1.4 干涉条纹的可见度 光波的时空相 干性 1.5 菲涅耳公式* 1.6 分振幅薄膜干涉（一）等倾干 涉 1.7 分振幅薄膜干涉（二）等厚干 涉 1.8 迈克耳逊干涉仪 1.9 多光束的干涉法布里珀罗干涉 仪 1.10 干涉现象的一些应用12一.光波的电磁理论1.1 光波的独立性 叠加性和相干性二光强I:三单色光波的数学描述四.波的独立传播和线性叠加原理五光波的相干叠加和不相干叠加13一.光波的电磁理论1. 光波是某一波段的电磁波光波:可见光:不同波长的光引起不同的颜色感觉红橙黄绿青蓝紫7600622059705770 4920 450043503900光波红外光紫外光无线
9、 电波X射线1.1 光波的独立性 叠加性和相干性14. 光速在真空中：在介质中：一般而言：. 折射率n同一光波在不同介质中有不同的速率同一光波穿过不同介质，频率 不变，波长改变真空中的波长（1)（2)（3)（4)15二光强I:1. 光矢量对人的眼睛或感光仪器起 作用的是电场强度。引起光效应的主要是电场强度 ，而不是磁场强度光矢量电场强度矢量16坡印廷矢量的瞬时值对简谐振动，平均值A为振幅 （对时间平均）绝对光强相对光强：同一介质中：只关心光强的相对分布任何波动过程都必定伴随能量的传递. 光的强度（光照度）： 即光的平均能流密度 又（7)（5)（6)（8)（9) 17三单色光波的数学描述三角函数
10、描述波数复振幅描述复振幅：（11)（10)（12)18四.波的独立传播和线性叠加原理二列（或多列）波，相遇后可保持各自的特性（频率、振幅、振动方向等）不变而按照各自原来的传播方向继续前进，彼此不受影响。这称为波的独立传播特性。 在叠加区内，每点光矢量是各列光波单独存在该点产光矢量的矢量和，即： 。这称为光波的叠加原理。 1.波的独立传播特性2.波的叠加性注：当光波能量不是很强时，这种叠加是线性的；但当光波能量极强时 ，将会产生非线性效应。（13)19补充：介绍振动叠加的三种计算方法（二光波的光矢量振动方向、频率均相同，考查P点的振动）合振动：（15)其中：（16)代数法： （14)20复振幅法
11、：（19)（17)（18)（20)式中：（16)21矢量图解法：平行四边形法则ox三角形法则ox其中：（16)22矢量图解法：多边形法则23五光波的相干叠加和不相干叠加1、相干叠加：条件：二波频率、振动方向相同，且在空间各点相差恒定。 设有频率、振动方向相同的二光振动在某一时间内（在相遇区域进行叠加，（21)为确定值，故因各点也为确定值，所以有（22)若，则有推导（23)24说明：若有N个相干光，相干叠加 ，则相长： 相消：，是空间点的函数，故光强I也是空间点的函数光强I在空间按一定规律分布，形成相干图样，相干叠加（22)（1）当讨论：干涉相长（24)若则（ 24)（2）当干涉相消（25)若则
12、（ 25)252、不相干叠加如有个光源（或灯盏），则 在相遇区域叠加，因为 故位相差随时变化，即设有振动方向相同但频率不同的二光振动在某一时间内（21)强度直接相加，不相干叠加（26)26一.光波的电磁理论1. 光波是某一波段的电磁波光波:可见光:. 光速真空中介质中：. 折射率n二光强I:相对光强：绝对光强小 结27小 结复振幅描述三单色光波的数学描述三角函数描述四.波的独立传播和线性叠加原理1.波的独立传播特性2.波的叠加性28两列光波的相干条件：频率相同； 振动方向相同； 在空间各点相差恒定。 1、相干叠加 ： 相干叠加光强分布：干涉相长干涉相消2、不相干叠加 二光振动频率不同、位相差
13、随时变化，强度直接相加1.位相差相同的点 必有相同的光强； 2.等相差面就是等 光强面.小 结五.光波的相干叠加和不相干叠加291.2 由单色波叠加所形成的干涉图样 （仅讨论简谐波）一、位相差、光程差两频率相同的光波源由 、及 得振源的振动：（1)在某t时间到达p点 则 （2)1、位相差（3)（4)302、光程及光程差光在介质中的光程等于相同时间内光在真空中通过的路程。（10)空气中 ：（9)用光程差表示的位相差：（8)（2）光程差 ：（7)均匀介质中 ：（6)（1）光程：光在介质中通过的几何路程与介质折射率的乘积。即（5)31二干涉图样的形成相同光强（相同位相差）的点所连结成的面干涉图样干涉
14、图样形状曲面干涉花样为双叶螺旋双，常量=-12rr条 纹 非 定 域32二干涉图样的形成干涉图样形状双曲面簇与光屏相交，在屏上形成条纹：条纹为双曲线，近轴区域的条纹近似视为直线。光 屏双 叶 螺 旋 双 曲 面33干涉强度分布j=+1j=-2j=+2j= 0j=-1S1S2S* *IjD（11)有：由34j 干涉级次（12)（13)当 干涉相长,明纹（1)当干涉相消,暗纹（2)讨论：由知353明暗纹在屏上的位置已知 （14)相干最小： （15)相干最大： （16)（17) 36由图： 4.条纹间距y与j无关，条纹均匀分布。（19)波长反映了光波场中光矢量空间分布的周期性； 纹间距反映干涉场中干
15、涉光强空间分布的周期性。（18)由对的张角为37d条纹变密，0级中央明纹不动，其他条纹向中间靠拢条纹变疏，0级中央明纹不动，其他条纹向两边漂移（4）白光入射， 级仍是白光，其余各级亮纹带彩色。 （6）干涉花样实质上体现了参与相干叠加的光波间 位相差的空间分布。（3）当r0 、 d一定时，间距y的大小与波长成正比； 据此测波长结论：（1）各级亮条纹强度都相等，相邻条纹（亮或暗）等间距，且与j无关；（2）当以一定波长的单色光入射时，间距y的大小与r0成正比，而与d成反比；（5）条纹的漂移38本节小结一、光程差、位相差1、光程空气中 ：3、位相差2、光程差空气中 ：二干涉图样的形成、干涉图样形状 双曲线；近轴区域条纹近似视为直线 。 、干涉强度分布393条纹的位置4.条纹间距本节小结（4）条纹的漂移：d增大，条纹向中间靠拢；r0增大条纹向两边漂移。 （5）干涉图样体现了相干光波
