说明：重点放在了二三四章以及第五章前面部分，别的则比较缩略。
第一章
1.光纤通信优点
宽带宽，低损耗，保密性好，易铺设
2.光纤
介质圆柱光波导，充分约束光波的横向传输（横向没有辐射泄漏），纵向实现长距离传输。
基本结构：纤芯、包层、套塑层
光波导：约束光波传输的媒介
导波光：受到约束的光波
光波导三要素：
“芯 / 包”结构
凸形折射率分布，n1>n2
低传输损耗
3.光纤分类
通信用和非通信用
4. 单模光纤：只允许一个模式传输的光纤；
多模光纤：光纤中允许两个或更多的模式传播。
5. 如何改善光纤的传输特性：减少OH- ，降低损耗；改变芯经和结构参数，色散位移；改变折射率分布，降低非线性
6.光纤制备工艺
预制棒：MCVD OVD VAD PCVD
之后为光纤拉丝，套塑，成缆工艺。
第二章
1.理论根基
2.
2. 光纤是一种介质光波导，具有如下特点：
①无传导电流；
②无自由电荷；
③线性各向同性
3. 边界条件：在两种介质交界面上电磁场矢量的E(x,y)和H(x,y)切向分量要连续,D与B的法向分量连续：
4.由程函方程推得射线方程，再推得光线总是向折射率高的区域弯曲。
5. 光纤波导光波传输特征：
在纵向（轴向）以“行波”形式存在，横向以“驻波”形式存在。场分布沿轴向只有相位变化，没有幅度变化。
6.模式
求解波导场方程可得本征解及相应的本征值。通常将本征解定义为“模式”. 每一个模式对应于沿光波导轴向传播的一种电磁波；每一个模式对应于某一本征值并满足全部边界条件;
模式具有确定的相速群速和横场分布.模式是波导结构的固有电磁共振属性的表征。给定的波导中能够存在的模式及其性质是已确定了的,外界激励源只能激励起光波导中允许存在的模式而不会改变模式的固有性质。(χ和β及边界条件均由光纤本身决定，与外界激励源无关)
横模
光波在传输过程中，在光束横截面上将形成具有各种不同形式的稳定分布，这种具有稳定光强分布的电磁波，称为横模。横模（表现在光斑形状）的分布是和光波传输区域的横向（xy面）结构相关的；
相长干涉条件：2 nL＝Kλ
纵模是与激光腔长度相关的，所以叫做“纵模”，纵模是指频率而言的。
根据场的纵向分量Ez和Hz的存在与否,可将模式命名为:
(1)横电磁模(TEM): Ez＝Hz＝0;
(2)横电模(TE): Ez＝0, Hz≠0;
(3)横磁模(TM): Ez≠0, Hz＝0;
(4)混杂模(HE或EH):Ez≠0, Hz≠0。
光纤中存在的模式多数为HE(EH)模,有时也出现TE(TM)模。
7.纵向传播常数
物理意义：z方向单位长度位相变化率; 波矢量k的z-分量
b实际上是等相位面沿z轴的变化率；
b数值分立，对应一组导模；
不同的导模对应于同一个b数值，我们称这些导模是简并的；
8.归一化频率
给定光纤中,允许存在的导模由其结构参数所限定。光纤的结构参数可由其归一化频率V表征: V值越大，允许存在的导模数就越多。
9. 横向传播常数（U、W）
U —— 导模在芯区中的驻波场的横向振荡频率W —— 导模在包层中消逝场的衰减速度，W 越大，衰减越快， 0
→W 场在包层中不衰减，导模转化为辐射模，
导模截止
截止条件：远离截止条件：∞
→W 场在包层中不存在，导模被约束在纤芯中，约束最强，远离截止
10.相速度，群速度
11群延时与色散
群延时：光脉冲行经单位长度距离所需时间。
色散：不同模式之间会产生不同的群延时，这种群延时引起的脉冲展宽
第三章
1. 子午平面：与纤轴相交且与纤壁垂直的平面。 子午光线：在子午平面上传输的光线。
偏斜光线：与纤轴既不相交又不限于单一平面之内的光线。
2. 数值孔径: 定义光纤数值孔径NA 为入射媒质折射率与最大入射角的正弦值之积,即
?
=-==2sin 12
221n n n n NA im i θ
反映光纤接收光的能力，NA 越大，光纤收集光的能力增大，增加了光源与光纤的耦合效率。应注意，光纤的数值孔径只决定于光纤的折射率，而与光纤的几何尺寸无关，这一点和普通的光学系统有所不同。 3. 相对折射率差:
n n n 2/)(2
1
2221-=?
4. 光纤的通信容量正比于光纤的传输带宽，或单位长度光纤光脉冲展宽的倒数。
5. 结论1: 多模阶跃光纤通信容量并不高!
结论2:多模阶跃光纤不适合于传输图像!（不聚焦）
若考虑偏斜光线的传播，光纤的传输带宽比仅考虑子午光线时要小 6. 光纤是一种介质光波导，具有如下特点： ①无传导电流； ②无自由电荷； ③线性各向同性。 7.光纤模式分类
8. TE0m 模与TMom 在临近截止与远离截止时具有相同的本征值，即两种模式处于简并态; 在截止与远离截止之间其本征值并不相同，称为简并击破。
9.模式的截止与远离截止:
临近截止: W=0 , 场在包层中不衰减 远离截止: W →∞, 场在包层中不存在
10.色散曲线
结构参数给定的光纤中,模式分布是固定的。可根据本征值方程式利用数值计算得到各导模传播常数β与光纤归一化频率V 值的关系曲线,称之为色散曲线。因此,本征值方程又叫色散方程。
11.弱导光纤
弱导光纤：亦即：,,201021n k n k n n ≈≈β
≈≈2010n k n k
光线与纤轴的夹角小；芯区对光场的限制较弱； 消逝场在包层中延伸较远。
弱导光纤场的特点：
HE ι+1,m 模式与EH ι-1,m 色散曲线相近； 场的横向分量线偏振，且远大于纵向分量； 可以在直角坐标系中讨论问题
可以得到简化的本征解与本征值方程
LP 模的简并：
当ι>0时，每一个LP ιm 模式有四重简并： 径向两种模式：沿x 或y 方向偏振； 角向两种变化：cos ιf 或 sin ιf
当ι=0时，LP0m 模式只有两重简并，即只有径向变化，没有角向变化。
LP模偏振态：
LPιm模的简并态是以光纤的弱导近似为前提的；
实际上,n1和n2不可能相等,因此HEι+1,m模与EHι-1,m模的传播常数β不可能绝对相等,即两者的相速并不完全相同；
随着电磁波的向前传播,场将沿z轴作线偏振波－椭圆偏振波－园偏振波－椭园偏振波－线偏振波的周期性变化；
LP01是光纤基模。
模式的截止与远离截止:
远离截止: W→∞, 场在包层中不存在
临近截止: W=0 , 场在包层中不衰减
导模远离截止:导模功率几乎全部集中在纤芯中传输。
导模邻近截止:对于低阶模，导模功率几乎全部在包层之中传输；
对于高阶模(ι＞1)，仍有相当大一部分功率在纤芯中传输。
2m+L相同则纵向传播常数也相同。模式的出射角与主模标号成正比,并与模式群序号p
一一对应,高阶模出射角大,低阶模出射角小
第四章
2.
()()()()Const
r
r
n
r
r
n
ds
dz
n
n
z
z
=
=
=
=θ
θcos
cos
3.轴向运动特点：相速: Vp＝ω/β＝c/ 恒为常数
这说明渐变折射率分布光纤(GIOF)中的光线沿z轴传播的相速度恒定不变, 与光线的轴向夹角θz无关,这是一个与均匀折射率分布光纤(SIOF)完全不同的重要特点(SIOF中不同角度的光线轴向速度不同)。
4.GIOF带宽大于SIOF，为什么？？
5.光线分类判据
6.平方率分布GIOF:
对于近轴子午光线可以很好会聚: 自聚焦光纤
双曲正割分布GIOF:
对于所有子午光线可以很好会聚: 理想分布
对于倾斜光线特例(螺旋光线)很好会聚。
7.简并模
平方率光纤中，2m+l相同的导模具有相同的纵向传播常数，即他们是简并的。
平方率分布光纤基模场分布为高斯函数，其模场半径W0为基模场的振幅衰减到最大值的1/e时场分布的半宽度。
8.WKB法
对于任意折射率分布的光纤 ,不可能通过严格求解波导场方程获得解析解。
WKB法基本思想:
导模场分布的变化主要体现在相位的变化上
可以将场解分解为缓慢变化的振幅函数与快速变化的相位函数的乘积。
9. 弱导光纤中存在线偏振模
主模式标号: p=2m+l+1
10.场的输出特性
输出近场图：光纤输出端面光功率沿半径r的分布。
输出远场图：光纤输出端面足够远处，光纤输出光功率沿角度的分布。
11.单模光纤的特点：（当光纤中只有一个模式传播时，称之为单模光纤）
单模光纤具有极小的色散和极低的损耗，单模光纤中基模的相位、偏振、振幅等参数对于各种外界物理量(如磁场、电场、转动、振动、应力、温度等等)极为敏感。
（1）高斯近似：用高斯近似来描述单模光纤的场。
（2）等效阶跃光纤近似(ESF)
寻找一条适当的阶跃型光纤去等效实际的渐变型光纤。而阶跃型光纤的场解是已知的, 这样就得到了渐变型光纤的场解。
等效阶型光纤参数V和a的选择应使│β2－β 2│为最小；
12.单模光纤的双折射
LP01 (HE11)包含两个相互正交的偏振模。
两个模式的相速并不完全相同。随着电磁波的向前传播,基模场将沿z轴作线偏振波－椭圆偏振波－园偏振波－椭园偏振波－线偏振波的周期性变化。场形变化一周期所行经的z向距离,即差拍长度为: Lb＝2π/Db=l0 / B; B=Db/k0 (B:光纤双折射参数)
光纤中存在三种双折射：
线双折射:在x和y方向折射率不同，合成椭圆偏振光
园双折射:在左右旋方向折射率不同,引起线偏振面旋转
椭圆双折射:上述两种情形迭加
光纤双折射产生偏振模色散(PMD)
问题：
1.一根空心玻璃管能否传光？为什么？
2.光纤纤芯变粗时，允许存在的模式数目如何变化？
3.光纤中传播的光波有何特征？
4.推导波导场方程经历了哪几种分离变量？
5.本征方程有什么特点？
6.模式是什么？
7.如何唯一确定一个模式？
8.由射线方程推导光线轨迹，只需要知道什么？
9.渐变折射率分布光纤中光线如何传播？为什么？
10.模场耦合是什么意思？
1.为什么光纤要采用“芯包结构”？
2.“单模光纤”中有几个导模？如果要求光纤只传输一个导模,应如何设计光纤?
3.简述波动光学分析方法的基本思路.说明从麦克斯韦方程到波导场方程三次分离变量的理论依据。
4.波导场方程具有什么样的数学特征？
5.模式的内涵是什么？在单模光纤中能否激励起LP11模式？为什么？
6.从射线方程分别定性说明光线在SIOF和GIOF中的轨迹曲线。
7.从广义折射定理说明为什么光线总是向折射率高的区域弯曲。
8.说明光纤数值孔径的物理意义。
9.说明内散焦面、外散焦面和辐射散焦面的物理意义。
10.SIOF中子午光线的内、外散焦面半径各是多少？
1.子午光线的主要特征是什么?
2.推导SIOF数值孔径表达式; GIOF的数值孔径有何不同?
3.为什么GIOF又称为“折射型”光纤？
4.GIOF中光线角向运动有何特点？
光线角向运动速度将取决于光线轨迹到纤轴距离r：在最大的r处光线转动最慢;在最大的r处光线转动最快；
5.分别说明约束光线、隧道光线和折射光线的特点。
6.分别说明导模、漏模和辐射模的场分布特点？
7.简述三种光线与三类模式的对应关系。
导模、漏模和辐射模对应于约束光线、隧道光线和折射光线。
8.说明传播常数b有何物理意义。
9.说明V、U、W的物理意义。
10.在什么条件下可以唯一确定光纤中的模式？
1.“纵横关系式”有何作用？
2.光场分量的哪一个分量总是独立满足波导场方程？写出该波导场方程式。
3.SIOF中波导场方程具有什么数学特征？
4.在SIOF中如何求波导场方程的解？
5.写出SIOF中推导本征值方程的主要数学步骤。
6.导模截止与远离截止的物理意义是什么?写出SIOF中TE01、TE02、TE03在临近截止和远离截止时的本征值。
7.写出SIOF中模式数目与V值的关系式。
8.根据SIOF色散曲线分析，在V=4.5时有那几个模式存在？总模式数目是多少？并与模式数估算公式的结果比较。
9.SIOF与GIOF中哪个导模数目更多？
10.为什么单模条件Vc<2.405只适应于SIOF？平方率光纤单模条件Vc是多少?
1.弱导光纤中组成线偏振模式的理论依据是什么？
2.为什么LP0m模式只有两重简并？
3.实际光纤中传播的模式是线偏振模式吗？为什么？
4.画出LP6,8模式场分布示意图。
5.高阶模式与低阶模式哪个输出角度大？
6.画出阶跃分布光纤与平方率分布光纤基模场解函数曲线示意图。
7.说明高斯近似最大激发效率判据的物理意义。
8.说明等效阶跃光纤近似的物理意义。
9.已知平方率分布光纤V=2，求基模模场半径。
10.写出平方率分布光纤中LP10,15模式的本征值。
第五章
1.损耗的定义：单位长度（km）光纤光功率衰减分贝数。
单位：dB/km
2.光纤损耗限制了光信号到达接受机的光功率，同时也限制了光通信系统两中继站之间的距离。
光纤的损耗与光纤中传输的光波长有关，因此决定了光纤通信的不同传输窗口，850，1300，1550nm三个通信窗口。
3.损耗来源：①光纤材料的吸收与散射损耗；
②光纤的微弯与宏弯损耗；
③光纤的连接与耦合损耗。
（1）吸收损耗：本征吸收，紫外本征吸收，红外本征吸收。
(1) 紫外吸收
光纤材料的电子吸收入射光能量跃迁到高的能级，同时引
起入射光的能量损耗，一般发生在短波长范围
(2) 红外吸收
光波与光纤晶格相互作用，一部分光波能量传递给晶格，使其振动加
剧，从而引起的损耗
（2）杂质吸收：机械谐波吸收
（3）散射损耗
4.弯曲损耗
5.色散与光脉冲展宽
（1）色散使信号不同的成分传播速度不同，使信号在目的端产生码间干扰，给信号的最后判决造成困难。（2）色散对光纤通信系统的影响及其补偿的方法：
光纤色散限制了光纤通信系统的传输带宽;
光纤的传输速率越高，色散对系统的影响越明显；
色散可以通过对光纤的设计而降低，在通信系统中也可通过色散补偿模块加以补偿；
通过对通信用光源的选择，减少光纤色散的影响。
（3）色散种类
色散在传输信号的反映上即为群延时。
群延时：光脉冲行进单位轴向距离所需的时间。
色散定义：即光源谱宽为1nm时，光脉冲信号传播1km所引起的脉冲展宽的ps数。
单位：
() ps
Km nm
光纤通信中影响传输特性的因素：
减小传输速率；
减小传输距离；
减小光源谱宽。
（2）多模光纤中的模间色散
在多模光纤中，不同的模式以不同的群速度传输;光脉冲由不同的模式支持传输，就会导致色散；SIOF光纤的模间色散比GIOF的模间色散大；
利用光线传输模型，可以分析模间色散。
在多模SIOF光纤中，模间色散最大;
光纤内传输的模式越多，模间色散越大；
（4）降低模间色散的方法
采用GIOF，减小不同模式间的群速度差异;
采用单模光纤（SMF），减少光纤中传输的模式数目
选择最佳的折射率分布
（5）材料色散
材料色散是折射率对波长的二阶导数，属折射率随波长的非线性变化。
材料色散小于0，正常色散区;长波长光传播快，短波长光传播慢!（负色散值）。材料色散大于0，反常色散区;短波长光传播快，长波长光传播慢!（正色散值）。
（6）色散位移光纤的原理
在1.3mm~1.7mm范围内任何波长，通过适当调整光纤波导的结构参量（a, △和g），总可以获得零色散，这就是色散位移光纤所依据的原理，将零色散波长从1.3mm移至1.55mm，可以使其与最低损耗波长一致。
（7）偏振模色散
光纤中传输的光信号的偏振态是随机变化的；
光纤中由于残余机械应力的存在，光纤不是严格的各向同性介质；
起因：光纤制备中的应力、温度、弯曲使光纤不具备圆柱的对称性，从而引入了双折射效应;
光纤中传输的光脉冲激励了多个偏振模式；
各个偏振模式在光纤中传输的速度不相同；
对高速率（>10Gbit/s）的传输系统，偏振模色散越严重；
由于偏振模色散的随机性，一般仅能对偏振模色散的平均效应进行补偿。
（8）色散与展宽的关系
正、负色散均导致脉冲展宽；但利用正、负色散可补偿光脉冲的展宽。
6.啁啾：光的瞬时频率随时间而改变。
7.模场半径
模场半径作为描述单模光纤光能量传输集中程度的参量。W0 为模场半径，即为 1/e2 光场强度的半径。模场半径与工作波长有关，波长越短，模场半径越小。
(1)功率传输函数定义模场半径
(2)最大激发效率定义模场半径
8.注入条件与稳态分布
9.损耗测量
切断法，插入损耗法，背向散射法
OTDR光时域反射仪
10.折射率分布测量
折射率近场法，端面反射法，近场扫描法
11.数值孔径
折射近场法与远场法
12.带宽测量
时域法，频域法
13.色散测量
相移法
14.模场半径
横向位移法
15.截止波长测量
传到功率法，模场半径法
第六章
1.自聚焦透镜：就是一段自聚焦光纤，折射率平方分布光纤。
2.光耦合器：传送和分配光信号的无源器件，光从一个端口输入，从另一个或多个端口输出。对光信号
进行合波或以不同的方式（波长、光功率）进行分波。
耦合长度：针对具体的波长，光能量从一个光纤完全进入另一个光纤的长度。
3.光隔离器
定义：光隔离器只允许光波沿着一个方向传输，而光的另一个方向的传输是禁止的。
光信号沿着指定正方向传输时损耗低，光路被接通；光信号沿着反方向传输时损耗大，光路被阻断。
原理：法拉第磁光原理，光波通过置于磁场中的法拉第旋光片时，光波的偏振方向总是沿与磁场（H）方向构成右手螺旋方向旋转，而与光波的传播方向无关。正、反方向两次通过法拉第旋光片时，偏振方向旋转角度将迭加而不抵消。
4.光环形器
定义：光由环行器的一个端口（如端口 1）输入，沿着环形器传输，将从端口2输出；由端口2输入，则由端口3输出。光总是按规定的路径传输。
5.光纤光栅
（1）基本定义
通过对纤芯折射率的调制形成光栅；
光栅形成区域改变光纤中的模式；
形成光栅的强弱与折射率的调制成正比。
（2）如何实现纤芯的折射率调制
在石英光纤中引入缺陷：增强光吸收；通过掺杂改变折射率；
稠化石英，增加密度：直接来增加n值；
通过紫外光照射光敏光纤，改变n 值。
6.掺铒光纤放大器
利用稀土金属离子 (铒) 作为激活工作物质的一种放大器。
光放大器与激光器的唯一区别就是光放大器没有正反馈机制
原理如下图：有源物质受激辐射
7.掺铒光纤激光器
（1）放大器与激光器区别
光放大器：无谐振腔，无反馈，外界信号引起的受激辐射
激光器：有谐振腔，有反馈，内部自发辐射导致的受激辐射
（2）光纤激光器的构成：
激光增益介质：有源光纤
激光谐振腔：直腔、环行腔
泵浦源：光泵
第七章光纤连接与耦合
光源影响耦合效率的特性有：发光面积、辐射角、空间分布、频谱分布。耦合效率：耦合进光纤的光功率(PF)与光源发射的总功率(Ps)之比
耦合方式：直接耦合，透镜耦合
第八章
光子晶体光纤（PCF）：
把微米级甚至纳米级微结构引入光纤剖面设计中，依靠微结构不同于一般均匀材料的色散、能带等特性。
导光基本原理：PCF中空气孔排列组成的光纤包层的有效折射率低于纤芯的折射率，而光总是趋向存在于高折射率材料中，因此光波可以被束缚在芯层里。
光子带隙（Photonics Band Gap，简称PBG）光子晶体光纤(PBG-PCF) 的导光机制：
将光波限制在纤芯内传播的原理并不是因为其包层的有效折射率比芯层低，而是因为光在由芯层材料中以某个角度入射至包层微结构材料时，包层周期性结构会产生多重散射，多重散射形成的干涉减弱将导致光无法通过包层微结构材料，从而使光返回到芯层中。
初中光学知识点总结 一、光的传播 1、光源：能够发光的物体可分为 （1）自然光源如：太阳，萤火虫 （2）人造光源如：蜡烛，电灯 2、光的传播： （1）光在同种均匀介质中是沿直线传播的 （2）直线传播现象 ①影子的形成：日食、月食、无影灯 ②小孔成像：倒立、实像 3、光的传播速度"： （1）光在真空中的传播速度是3.0×108 （2）光在水中的传播速度是真空中的3/4 （3）光在玻璃中的传播速度是真空中的2/3 二、光的反射 1、反射现象：光射到物体的表面被反射出去的现象 2、概念： （1）一点：入射点 （2）二角： ①入射角：入射光线与法线的夹角 ②反射角：反射光学分与法线的夹角 （3）三线：入射光线、反射光线、法线 3、反射定律： （1）入射光线、反射光线、法线在同一平面内（三线共面）（2）入射光线、反射光线分居法线两侧（两线异侧） （3）反射角等于入射角（两角相等） 4、反射分类：遵循光的反射定律。 （1）镜面反射：入射光线平行，反射光线也平行 （2）漫反射：入射光线平行，反射光线不平行
5、平面镜成像：平面镜成的像是虚像，像与物体的大小相等，像到平面镜的距离与物体到平面镜的距离相等，像与物体关于平面镜对称（等大，正立，虚像） 三、光的折射 1、折射现象：光由一种介质射入另一种介质时，在介面上将发生光路改变的现象。常见现象：筷子变"弯"、池水变浅、海市蜃楼。 2、光的折射初步规律：（1）光从空气斜射入其他介质，折射角小于反射角（2）光从其他介质斜射入空气，折射角大于入射角（3）光从一种介质垂直射入另一种介质，传播方向不变（4）当入射角增大时，折射角随之增大 3、光路是可逆的 四、光的色散 1、定义：白光经过三棱镜时被分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的现象叫光的色散。 2、色光三基色：红、绿、蓝。混合后为白色 3、颜料三原色：红、黄、蓝。混合后为黑色 4、颜色 （1）透明体的颜色决定于物体透过的色光。（透明物体让和它颜色的光通过，把其它光都吸收）。 （2）不透明体的颜色决定于物体反射的色光。（有色不通明物体反射与它颜色相同的光，吸收其它颜色的光，白色物体反射各种色光，黑色物体吸收所有的光）。 五、光学探究凸透镜成像 1、凸透镜：对光有会聚作用。 2、相关概念： ①主光轴 ②焦点（F） ③光心（O） ④焦距（f） 3、经过凸透镜的三条特殊光线： ①平行于主光轴的光线经凸透镜折射后过异侧焦点； ②经过光心的光线传播方向不改变；
（1）()?? ? ? ?-=?? ? ??-?? ? ? ?-=?? ? ??--2 5.22 121*232121*32x rect x rect x x rect x δδ （2）()()1*=x rect x comb （3）??? ??+21x rect *?? ? ??-21x rect 设卷积为()x g ，当0≤x 时，()x g =220+=?+x d x α，当0>x 时，()x g =x d x -=?22α ()?????>-<+=0,2 10 ,212x x x x x g 即 ()?? ? ??Λ=22x x g （4）已知()2 ex p x π-的傅里叶变换为()2 ex p πξ-，求 (){}()222 ex p ex p ξππ-=-x (){}() 2 2222 2ex p 22/ex p ξσππσ-=-x （5）单位振幅的单色平面波垂直入射到一半径为a 的圆形孔径上，试求菲涅耳衍射图样在轴上的强度分布 解：孔径平面撒谎能够的透射场为()??? ? ??+=a y x circ y x U 2020000,由菲涅耳公式，当0==y x 时，得到轴上点的复振幅分布为 ()()0020 202 020 2exp exp ;0,0dy dx z y x jk a y x circ z j jkz z U ??? ? ??+??? ? ? ?+=??∞∞-λ ()rdr z r jk d z j jkz a ?????? ??=02202exp exp π θλ()??? ? ?????? ??-=z a z a jk jkz j λπ2sin 4exp exp 222 ()??? ? ??=z a z I λπ2sin 4;0,022 (6)焦距 mm f 500=，直径mm D 50=的透镜将波长nm 8.632=λ的激光束聚焦，激光束的截面mm D 201=。试求透镜焦点处的光强是激 光束光强的多少倍？ 解：设入射激光束的复振幅为0A ，强度为200A I =，通过透镜后的出射光场为，将此式代入菲涅耳衍射公式，并令0==y x 得焦点处的复振幅 和光强为 ()()()4exp 2/exp ;0,02100012 020 0D z j jkz A dy dx D y x circ z j jkz A f U πλλ=??? ? ? ?+=??∞∞- ()6 02120 104;0,0?≈??? ? ??=I f D A f I λπ （14）彩虹全息照相系统中使用狭缝的作用是什么?为什么彩虹全息图的色模糊主要发生在狭缝垂直的方向上？ 在彩虹全息照相中使用狭缝的目的是为了能在白光照明下再现准单色像。在普通全息照相中，若用白光照明全息图再现时，不同波长的光同时进入人眼，我们将同时观察到相互错位的不同颜色的再现像，造成再现像的模糊，即色模糊。在彩虹全息照相中，由于狭缝起了分色作用，再现过程中不同波长的光对应不同的水平狭缝位置，通过某一狭缝位置只能看到某一准单色的像，从而避免了色模糊。 在彩虹全息照相中，为了便于双眼观察，参考平面波的选择总是使全息图的光栅结构主要沿水平方向，因而色散沿竖直方向。狭缝沿水平方向放置，这样色散方向与狭缝垂直，即色模糊主要发生在与狭缝垂直的方向上，这样做的结果便于人眼上下移动选择不同颜色的准单色像
平面镜、凸透镜、凹透镜 1、光源：发光的物体叫光源. 2、光在均匀介质中是沿直线传播的 大气层是不均匀的，当光从大气层外射到地面时，光线发了了弯折 3、光速 光在不同物质中传播的速度一般不同，真空中最快， 光在真空中的传播速度：C = 3×108m/s ，在空气中的速度接近于这个速度，水中的速度为3/4C ，玻璃中为2/3C 4、光直线传播的应用 可解释许多光学现象：激光准直，影子的形成，月食、日食的形成、小孔成像等 5、光线 光线：表示光传播方向的直线，即沿光的传播路线画一直线，并在直线上画上 箭头表示光的传播方向（光线是假想的，实际并不存在） 6、光的反射 光从一种介质射向另一种介质的交界面时，一部分光返回原来介质中，使光的传播方向发生了改变，这种现象称为光的反射 7、光的反射定律 反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角 可归纳为：“三线一面，两线分居，两角相等” （3）反射角随入射角的增大而增大，减小而减小，当入射角为零时，反射角 也变为零度 8、两种反射现象
（1）镜面反射：（2）漫反射： 注意：无论是镜面反射，还是漫反射都遵循光的反射定律 9、在光的反射中光路可逆 10、平面镜对光的作用 （1）成像（2）改变光的传播方向 11、平面镜成像的特点 （1）成的像是正立的虚像（2）像和物的大小（3）像和物的连线与镜面垂直，像和物到镜的距离相等 理解：平面镜所成的像与物是以镜面为轴的对称图形 12、实像与虚像的区别 实像是实际光线会聚而成的，可以用屏接到，当然也能用眼看到。 虚像不是由实际光线会聚成的，而是实际光线反向延长线相交而成的，只能用眼看到，不能用屏接收。 13、平面镜的应用 （1）水中的倒影（2）平面镜成像（3）潜望镜 六、光的折射 1、光的折射 光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化，这种现象叫光的折射 理解：光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光则进入到另一种介质中，由于光在在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。
光学实验总结 上周测量牛顿环直径并计算曲率半径这个实验，这学期6个光学试验也就结束了，通过做六个试验我对光学试验有了初步了解，并且有个些收获。 这学期的我的实验内容包括应用焦距仪测量焦距及顶焦距，单色仪的调节和定标，偏振光的产生、检验及强度测定，利用双棱镜干涉法测He-Ne激光波长，应用最小偏向角法测定三棱镜的折射率，小型旋光仪的结构、原理及使用和测量牛顿环直径并计算曲率半径这六个实验。 也许是上学期电学实验没做好，因为一直以来电学这部分就没有学好，做实验时就很没有信心，在自我暗示下就觉得电学实验挺难得，甚至觉得物理实验都挺难的，所以刚开始就觉得，光学实验肯定很难。但是通过这一学期的学习我觉得光学试验没有想象的那么难，并且找到了做光学实验的乐趣，主要的原因是在一次偶然的机会我找到了自己的方法。在做偏振光的产生、检验及强度测定这个实验时，我在做试验之前要真的把本试验弄懂，并重点看了该实验的实验目的和实验原理，这些都做到心中有数，才能在实验中出现状况时找到解决方法。不像原来不管什么都看一遍，也没有什么重点，结果什么都是迷迷糊糊的。然后在老师讲课时重点听实验步骤，在做这个实验过程中，每个步骤我都知道自己在做什么，还有它的原理是什么，头脑中每个步骤也都特别清晰。这算是我的收获之一吧。 还有一点收获就是做实验的心态问题。有一次我做在应用最小偏向角法测定三棱镜的折射率这个实验时，由于预习的不够充分，做起来就很慢，看到同组的同学都走的差不多了，我就有点急，但是越急越出错，每次老师都会不厌其烦的帮我纠正错误，并帮我分析原因，直到后来我慢慢的平复了自己的心情，才顺利的完成了实验。虽然那天我做完实验走的很晚，并且还淋雨了，但是有所收获，所以还是很高兴。 其实，我觉得通过这么短短的一学期的光学实验课，只是做了光学史中最基本的6个实验而已，老师想让我们懂得的或许不是多少纯粹的光学知识，而应该是在实验中找到自己做实验的方法，因为每个人都应该有自己的独特的学习方法和实验方法，再就是掌握实验中用到的仪器的使用和实验的技术。原来我们做植物，动物或微生物实验时，预习都是看看书就好了，记忆不是很深刻，或许到做实验时就忘了，而光学实验要求我们写预习报告，加深了我们对实验的印象，让我们做实验时的思路很清晰，所以，我觉得写预习报告是个很好的习惯,尤
光学知识点知识点整理 一、光的直线传播 1、光现象：包括光的直线传播、光的反射和光的折射。 2、光源：能够发光的物体叫做光源。 ●光源按形成原因分，可以分为自然光源和人造光源。 例如，自然光源有太阳、萤火虫等，人造光源有如蜡烛、霓虹灯、白炽灯等。 ●月亮不是光源，月亮本身不发光，只是反射太阳的光。 3、光的直线传播：光在真空中或同一种均匀介质中是沿直线传播的，光的传播 不需要介质。 大气层是不均匀的，当光从大气层外射到地面时，光线发了了弯折（海市蜃楼、早晨看到太阳时，太阳还在地平线以下、星星的闪烁等） 光沿直线传播的现象：小孔成像、井底之蛙、影子、日食、月食、一叶障目。 ●光沿直线传播的应用： ①激光准直. 排直队要向前看齐. 打靶瞄准 ②影的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，由于光是沿直线传播的，所 以在不透光的物体后面，光照射不到，形成了黑暗的部分就是影。 ③日食月食的形成 日食的成因：当月球运行到太阳和地球中间时，并且三球在一条直线上，太阳光沿直线传播过程中，被不透明的月球挡住，月球的黑影落在地球上，就形成了日食. 月食的成因：当地球运行到太阳和月球中间时，太阳光被不透明的地球挡住，地球的影落在月球上，就形成了月食. 如图：在月球后 1的位置可看到日全食， 在2的位置看到日偏食， 在3的位置看到日环食。 1 3 2
④小孔成像：小孔成像实验早在《墨经》中就有记载小孔成像成倒立的实像， 其像的形状与孔的形状无关。像可能放大，也可能宿小。 用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，像的大小也会随之发生变化。 这种现象反映了光沿直线传播的性质。 小孔成像原理：光在同一均匀介质中，不受引力作用干扰的情况下沿直线传播根据光的直线传播规律证明像长和物长之比等于像和物分别距小孔屏的距离之比。 4、光线：用一条带有箭头的直线表示光的径迹和方向的直线。（光线是假想的， 实际并不存在） 光线是由一小束光抽象而建立的理想物理模型，建立理想物理模型是研究物理的常用方法之一。 5、光速：光在不同物质中传播的速度一般不同，真空中最快. (1)光在真空中速度C=3×108m/s=3×105km/s；光在空气中速度约为3×108m/s。 光在水中速度为真空中光速的3/4，在玻璃中速度为真空中速度的2/3 。 雷声和闪电在同时同地发生，但我们总是先看到闪电后听到雷声，这说明什么问题？ 这表明光的传播速度比声音快. (2)光年是长度的单位，1光年表示光在1年时间所走的路程，1光年＝3×108 米/秒×365×24×3600秒＝9.46×1015米 注意：光年不是时间的单位。 二、光的反射 1.反射：光在两种物质的交界面处会发生反射。 我们能够看见不发光的物体，是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。 定义：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。任何物体的表面都会发生反射。 2.探究实验：探究光的反射规律 【设计实验】把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张纸板ENF竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面，如图2-2所示。 一束光贴着纸板沿着某一个角度射到O点，经平面镜的反射，沿另一个方向
第一章 几何光学基本定律与成像概念 波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。光的传播即为光波波阵面的传播，与波面对应的法线束就是光束。 波前：某一瞬间波动所到达的位置。 光线的四个传播定律： 1）直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光沿直线传播，相关自然现象有：日月食，小孔成像等。 2）独立传播定律：从不同的光源发出的互相独立的光线以不同方向相交于空间介质中的某点时彼此不影响，各光线独立传播。 3）反射定律：入射光线、法线和反射光线在同一平面内，入射光线和反射光线在法线的两侧，反射角等于入射角。 4）折射定律：入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧，入射角和折射角正弦之比等于折射光线所在的介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即n n I I ''sin sin 光路可逆：光沿着原来的反射（折射）光线的方向射到媒质表面，必定会逆着原来的入射方向反射（折射）出媒质的性质。 光程：光在介质中传播的几何路程S 和介质折射率n 的乘积。 各向同性介质：光学介质的光学性质不随方向而改变。 各向异性介质：单晶体（双折射现象） 马吕斯定律：光束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波
面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 费马原理：光总是沿光程为极小，极大，或常量的路径传播。 全反射临界角：1 2arcsin n n C 全反射条件： 1）光线从光密介质向光疏介质入射。 2）入射角大于临界角。 共轴光学系统：光学系统中各个光学元件表面曲率中心在一条直线上。 物点/像点：物/像光束的交点。 实物/实像点：实际光线的汇聚点。 虚物/虚像点：由光线延长线构成的成像点。 共轭：物经过光学系统后与像的对应关系。（A ，A ’的对称性） 完善成像：任何一个物点发出的全部光线，通过光学系统后，仍然聚交于同一点。每一个物点都对应唯一的像点。 理想成像条件：物点和像点之间所有光线为等光程。
名词解释 单色平面波 波函数E 取余弦或正弦形式，对应的光波等相面为平面，且等相面上个点的扰动大小时刻相等的光波称为单色平面波。 光学全息 利用光的干涉原理将物体发出的特定光波以干涉条纹形式记录下来，使物光波前的全部信息都贮存在记录介质中形成全息图，当用适当光波照射全息图时，由于光的衍射原理能重现原始物光波，从而形成与原物相同的三维像的过程称为光学全息。 色模糊 由于波长不同而产生的像的扩展的现象叫做像的色模糊。 范西泰特—策尼克定理 指研究一种由准单色（空间）非相干光源照明而产生的光场的互强度，特别指研究干涉条纹可冗度。 11222(,) exp()2(,;,)(,)exp ()()j J x y x y I j x y d d z z ψπαβαβαβλλ+∞-∞?? = -?+??????? 其中 22 2222221121[()()]()x y x y z z ππψρρλλ= +--=- 12ρρ分别是点11(,)x y 和点22(,)x y 离光轴的距离 基元全息图 指单一物点发出的光波与参考光波干涉所形成的全息图。 彩虹全息 只利用纪录时在光路的适当位置加一个夹缝，使再现的同时再现狭缝像，观察再现像将受到狭缝再现像的调制，当用白光照明再现时，对不同颜色的光波，狭缝和物体的再现像位于不同颜色的像，犹如彩虹一样的全息图。 判断 1.衍射受限系统是一个低通滤波器。 2.物 000(,)x y μ通过衍射受限系统后的像分布(,)i i i x y μ是000(,)x y μ的理想像和点扩散 (,)i i h x y 的卷积。 3.我们把(,)H ξη称为衍射受限系统的想干传递函数。 4.定义：()()f x h x 为一维函数，则无穷积分 ()()()()() g x f h x d f x h x ααα+∞ -∞ =-=*? 5.二维卷积 (,) (,)(,)(,)(,)(,) g x y f h x y d d f x y h x y αβαβαβ+∞-∞= --=*?? 6.1,()()() ,x x x x x a rect rect a a a a a o ?-≤?*==Λ???其他 7.透镜作用 成像；傅里叶变换；相位因子。
一、光的直线传播 光源：本身能够发光的物体叫光源。分为天然光源和人造光源。 1、光的传播 ①传播规律：光在同种均匀介质中沿直线传播。 ②光线：为了表示光的传播情况，我们通常用一条带箭头的直线表示光的传播轨迹和方 向，这样的直线叫做光线。光线实际上不存在的。 ③光的直线传播的应用及形成的现象： a 激光准直 b 影子的形成(透明的物体不能形成影子) c 日食月食的形成 （发生日食时，月球在太阳与地球之间） d 小孔成像。 小孔成像的特点：倒立的实像，与小孔的形状无关。 2、光的速度 光在真空中的传播速度c=3×108m/s=3×105km/s 。 在水中为真空中的3/4。玻璃中为真空中的2/3。 1光年=9.46×1015m 光年是长度单位，不是时间单位。 二、光的反射 1、定义：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫 光的反射。 2、反射定律： （1）反射光线与入射光线、法线在同一平面； （2）反射光线和入射光线分居法线两侧； （3）反射角等于入射角。（反射要说在前面） 光的反射过程中光路是可逆的。 3、反射的分类： ⑴ 镜面反射——平行光射到光滑平整的物体表面上，反射光线仍平行的反射。 镜面反 射的条件：反射面光滑平整。 ⑵ 漫反射——平行光射到凹凸不平的物体表面上，反射光线向着不同方向的反射 。漫 反射遵守光的反射定律。 区别镜面反射和漫射的方法：站在不同的方位看物体，如亮度差不多，则是漫反射， 如明亮程度不同，则是镜面反射。 4、凹面镜和凸面镜 （1）凹面镜对光线有会聚作用。 （2）凸面镜对光线有发散作用。 三、平面镜成像 1、平面镜成像特点 ①物和像大小相等②物和像到平面镜的距离相等。③物和像对应点的连线与镜面垂直。） 像和物体关于镜面对称 （注意：平面镜中像的大小只与物体有关，只要物体的大小不变，那么像的大小就不 会变） 平面镜成像的原理：光的反射定理 发生的是光的反射，遵循光的反射定律
现代光学总结 现代光学课已经匆匆结束，经过李老师半年的授课让我受益匪浅，现对所学内容总结如下： 一、光线光学 1.1费马原理： 费马原理：光线将沿着两点之间的光程为极值的路线传播。 费马原理导出定律：反射定律、折射定律、凸透镜凹透镜成像等....... 1.2哈密顿光学： 哈密顿光学：根据费马原理推得描述光线传播路径的方程，并且把分析力学中的一套研究质点运动轨迹的方法搬到光学中来，这种方法称为哈密顿光学。 适用范围：适合于研究光在折射率连续分布（非均匀）的介质中的传播。 1.3几何光学到波动光学的过渡： 光线量子力学：光纤通讯、集成光学—→光线量子化理论，适用于限制在有限厚介质薄膜中定向运动的光场量子化。 光线量子力学原理：在光线力学的基础上，接量子力学的一般原则，对力学量量子化，可以得到光线量子力学的基本方程。 光线量子力学的意义： ①解释光纤通讯、光集成的理论和技术，光在致密介质中传输的新现象发生，新的工艺技术、新的元器件的出现 ②可看成光的一种理论模型——“流线”波粒二象性。 二、波动光学 2.1单色平面波： （1）单色平面波的波函数：一般地，当平面波沿任意方向传播时，其正向传播的电矢量可表示为： 或 （2）单色平面波等相面及相速度： 波矢量k 与位置坐标矢量r 的点乘 反映了电磁波在空间传播过程中的相位延迟大小，故 通常将 为常数的空间点的集合称为等相(位)面。 等相面沿其法线方向移动的速度 称为相速度，其大小为： （3）单色平面波K 、E 、B 的关系： 平面波的电场强度矢量E 与波矢量k 正交，故平面电磁波是横波。 磁感应强度 B 也与与波矢量 k 正交，也表明平面电磁波是横磁波。 同时E 矢量与 B 矢量也正交，表明平面电磁波是横电磁波。E ，B ，k 三者相互正交，构成右手螺旋关系。 （4）平面波的能量密度和能流密度： 尽管电矢量与磁矢量的振幅相差很大，但平面电磁波的电场能量与磁场能量相等，各占总能量的一半。 ikr r E e 0E（）＝E r E cos k r 0（）＝（）k r φνdr v dt φ=k r
信息光学试题 1. 解释概念 光谱：复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，按波长（或频率）的大小依次排列的图案。 干涉图：在一定光程差下，探测器接收到的信号强度的变化，叫干涉图。 2. 傅里叶光谱学的基本原理是干涉图与光谱图之间的关系，是分别用复数形式 和实数表示之。 复数形式方程： 实数形式方程： 3. 何谓Jacquinot 优点?干涉光谱仪的通量理论上约为光栅光谱仪通量的多少 倍？ Jacquinot 优点是：高通量。 对相同面积、相同准直镜焦距、相同分辨率，干涉仪与光栅光谱仪通量之比 为 对好的光栅光谱仪来说，由于 则 即干涉仪的通量为最好光栅干涉仪的190倍。 4. 何谓Fellgett 优点？证明干涉光谱仪与色散型光谱仪的信噪比之比为 2/1)/()/(M N S N S G I =，M 为光谱元数。 Fellgett 优点：多重性。 设在一扩展的光谱带1σ —2σ间，其光谱分辨率为δσ，则光谱元数为 δσσδσσσ?=-=21M 2()() (0)1[]2i R R B I I e d πσδσδδ∞ --∞=-?()0()(0)1(tan ){[]cos(2)}2R R B cons t I I d σδπσδδ∞=-? '2() M G E f l E π≈'30f l ≥
对光栅或棱镜色散型光谱仪，设T 为从1σ —2σ的扫描总时间，则每一小节观测时间为T/M ，如果噪音是随机的、不依赖于信号水平，则信噪比正比于 21)(M T 即21 )()(M T N S G ∝。 对干涉仪，它在所有时间内探测在 1σ —2σ间所有分辨率为δσ的小带，所 以探测每一个小带的时间正比于T ，即21 )()(T N S I ∝ 因此21)()(M N S N S G I = 5. 单色光的干涉图和光谱表达式是什么？在实际仪器使用中，若最大光程差为 L ，试写出其光谱表达式——仪器线性函数（ILS ）。 单色光干涉图表达式： )2cos(2)]0(2 1)([1δπσδ=-R R I I 其中1σ为单色光的波数，δ为 光程差。 光谱的表达式： })(2])(2sin[)(2])(2sin[{2)(1111L L L L L B σσπσσπσσπσσπσ--+++= 仪器线性函数：])(2[sin 2)(1L c L B σσπσ-= 6. 何谓切趾？试对上题ILS 进行三角切趾，并说明其结果的重要意义。 切趾： 函数])(2[sin 1L c σσπ-是我们对单色光源所得到得一个近似，其次级极大或者说“脚“是伸到零值以下的22％处，它稍稍有点大。我们可以把一个有限宽度的中央峰值认为一个无限窄带宽的一个近似，但是这个”脚“会使在这些波长附近出现一个错误的来源。为了减小这个误差，我们通过截趾的方法来减小这个”脚“的大小，这就叫切趾。 三角切趾后的仪器函数： 21])([sin )(L c L B σσπσ-= 重要意义：
第一章： 1、几何光学四项基本定律： 光的直线传播定律：均匀介质中光总是沿直线传播的； 光的独立传播定律：不同光源（非相干光）不同方向的光束独立传播； 光的反射折射定律：符号正负 光路可逆定律： 2、全反射及其产生条件： 在一定条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生，这种现象称为光的全反射现象。 入射光由光密介质进入光疏介质；入射角必须大于临界角。 3、光程、共轭、完善像： 光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程 共轭：对某一光组组成的光学系统来说，物体的位置固定后，总可以在一个相应的位置上找到物体所成的像，这种物象之间的关系在光学上称为共轭。 完善像：理想光组能使物空间的同心光束转化为像空间的同心光束（球面波仍为球面波），也就是物空间一点经光组成的像仍是一点，即物空间与像空间是：点点对应；线线对应；面面对应而形成的像叫完善像 第二章： 1、单球面折射成像存在球差的原因： 轴上物点粗光束成像：r , n , n’给定，已知L 和U ，求解L’和U’，正弦定理，折射定律 2、焦距，近轴相似： 像方焦距：物点位于左方无限远处的光轴上，即l→∞，表示无穷远处物点对应的像点，称为
像方焦点或后焦点。此时像方截距称为像方焦距，或后焦距。 焦距：像方焦距的正负决定了球面其汇聚还是发散作用，故将像方焦距为焦距 近轴相似：将物方倾斜角U限制在一个很小的范围内，人为选择靠近光轴的光线，只虑近轴光成像，这时可以认为可以成完善像 第三章： 1、理想光学系统、主平面; 理想光学系统：能够对足够大空间内的点以足够宽光束成完善像的光学系统 （通常把物象空间符合“点对应点，直线对应直线，平面对应平面”关系的像称为“理想像”，把成像符合上述关系的光学系统称为“理想光学系统”） 理想中，每一个物点对应于唯一的一个像点，即“共轭” 理想中，物空间和像空间都是均匀透明介质，根据光的直线传播定律，由点对应唯一像点可推出直线成像为直线、平面成像为平面，即共线成像理论 主平面：不同位置的共轭面对应不同放大率。总有一对共轭面的垂轴放大率β=1，称其为主平面，物平面称为物方主平面，平面与光轴交点称为主点 2、求轴上某点的像（多种方法）： 第四章： 1、一致像： 当物为左手坐标系，而像变为右手坐标系（或反之），这样的像称为“非一致像”，也叫做“镜像”；当物用左手坐标系，通过光学元件后所成的像仍为左手坐标系，则称这样的像为“一致
二、学习要求 1、知道有关光的本性的认识发展过程：知道牛顿代表的微粒、惠更斯的波动说一直到光的波粒二象性这一人类认识光的本性的历程，懂得人类对客观世界的认识是不断发展不断深化的。 2、知道光的干涉：知道光的干涉现象及其产生的条件；知道双缝干涉的装置、干涉原理及干涉条纹的宽度特征，会用肥皂膜观察薄膜干涉现象。知道光的衍射：知道光的衍射现象及观察明显衍射现象的条件，知道单缝衍射的条纹与双缝干涉条纹之间的特征区别。 3、知道电磁场，电磁波：知道变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，变化的磁场与变化的磁场交替产生形成电磁场；知道电磁波是变化的电场和磁场——即电磁场在空间的传播；知道电磁波对人类文明进步的作用，知道电磁波有时会对人类生存环境造成不利影响；从电磁波的广泛应用认识科学理论转化为技术应用是一个创新过程，增强理论联系实际的自觉性。知道光的电磁说：知道光的电磁说及其建立过程，知道光是一种电磁波。 4、知道电磁波波谱及其应用：知道电磁波波谱，知道无线电波、红外线、紫外线、X 射线及γ射线的特征及其主要应用。 5、知道光电效应和光子说：知道光电效应现象及其基本规律，知道光子说，知道光子的能量与光学知识点其频率成正比；知道光电效应在技术中的一些应用 6、知道光的波粒二象性：知道一切微观粒子都具有波粒二象性，知道大量光子容易表现出粒子性，而少量光子容易表现为粒子性。 光的直线传播．光的反射 二、光的直线传播 1．光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C ＝3×108m/s ； 各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 v 11周二：光学已复习过的：桥渡34（干涉），电气 波动光学 第一部分光的干涉 一、基本要求 ⑴掌握光的相干条件以及获得相干光的方法。 ⑵掌握光程、光程差的概念以及光程差与相位差的关系。 ⑶掌握杨氏双缝干涉及薄膜干涉明暗条纹的位置、宽度等的计算。 （劈尖、牛顿环），注意有半波损失、浸入媒质等情况下的计算。 ⑷了解迈克耳逊干涉仪，搞清相关的计算。 二、主要内容 （一）光的相干基本知识 1．光的相干条件 光的干涉现象是指因两束光波相遇而引起光的强度重新分布的现象。两束光波相遇能发生干涉的条件是：两列光波的振动方向相同、频率相同、相位差恒定。满足相干条件的光叫做相干光，能够发出相干光的光源叫做相干光源。 2．获得相干光的方法 获得相干光的方法有两种：一是分波阵面法，如：杨氏双缝实验、菲涅耳双棱镜实验、洛埃镜实验等；二是分振幅法，如：薄膜干涉、劈尖干涉、牛顿环干涉、等倾干涉等。 （二）光程和光程差 1．光程 光程:L=nx。引入光程的概念，是把光在不同媒质的传播都折算为光在真空中的传播。这样就有了统一的客观尺度。从而可求得在不 同煤质中传播的两束相干的光程差，使于讨论光的干涉。 2．光程差――两束光的光程之差 解题：1.确定两束光及光路各介质的n i，再确定两束光的起、终点。 （起、终点：等相面――聚光点，或分光点――等相面） 2.再算两束光的光程差或位相差的具体式，下面的右边式要算！ 两束光波到达空间某点的光程之差，叫做光程差，用δ表示，即 （16－1） 注意：光从光疏光密，其反射光波才有半波损失。（, 2 λ π）两束光的位相差?Ф与光程差δ之间的关系为 (16-2) 式中 λ――光在真空中的波长。 3. 按干涉的普遍公式确定明暗纹，其中的具体式子必须算出来！ 2/2 (21)/2 k k λ δ λ ? ? ==? +? ? 明纹 具体式子 暗纹 4.依次用0,1, k=代入上式，验证等式是否成立。不成立的k值不要，直到等式成立时的k才取为第一个取值。 5. 注意：干涉图样呈对称分布时，表达式或k必须有“±”号。 （三）杨氏双缝干涉 从 1 S和2S发出的两束相干光在屏幕上任一场点p的光程差δ为 r r =?- 21 1() δ（空气中的装置） 高考物理光学部分知识点完美总结 光的反射和折射 1.光的直线传播 （1）光在同一种均匀介质中沿直线传播.小孔成像，影的形成，日食和月食都是光直线传播的例证.（2）影是光被不透光的物体挡住所形成的暗区.影可分为本影和半影，在本影区域内完全看不到光源发出的光，在半影区域内只能看到光源的某部分发出的光.点光源只形成本影，非点光源一般会形成本影和半影.本影区域的大小与光源的面积有关，发光面越大，本影区越小.（3）日食和月食: 人位于月球的本影内能看到日全食，位于月球的半影内能看到日偏食，位于月球本影的延伸区域（即“伪本影”）能看到日环食;当月球全部进入地球的本影区域时，人可看到月全食.月球部分进入地球的本影区域时，看到的是月偏食. 2.光的反射现象---:光线入射到两种介质的界面上时，其中一部分光线在原介质中改变传播方向的现象. （1）光的反射定律: ①反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居于法线两侧. ②反射角等于入射角. （2）反射定律表明，对于每一条入射光线，反射光线是唯一的，在反射现象中光路是可逆的. 3. 平面镜成像 （1.）像的特点---------平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面为对称。 （2.）光路图作法-----------根据平面镜成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补光路图。 （3）.充分利用光路可逆-------在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。（眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源，该电光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。） 4.光的折射--光由一种介质射入另一种介质时，在两种介质的界面上将发生光的传播方向改变的现象叫光的折射. （2）光的折射定律---①折射光线，入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居于法线两侧. ②入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，即sini/sinr=常数.（3）在折射现象中，光路是可逆的. 5.折射率---光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率，折射率用n表示，即n=sini/sinr. 第一章几何光学基本定律与成像概念 1、波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面成为波阵面，简称波面。光的传播即为光波波阵面的传播。 2、光束：与波面对应的所有光线的集合。 3、波面分类： a)平面波：对应相互平行的光线束（平行光束） b)球面波：对应相较于球面波球心的光束（同心光束） c)非球面波 4、全反射发生条件： a)光线从光密介质向光疏介质入射 b)入射角大于临界角 5、光程：光在介质中传播的几何路程l与所在介质的折射率n的乘积s。光程等于同一时间内光在真空中所走的几何路程。 6、费马原理：光从一点传播到另一点，期间无论经过多少次折射和反射，其光程为极值。 7、马吕斯定律：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 8、完善像： a)一个被照明物体每个物点发出一个球面波，如果该球面波经过光学系统后仍为一球 面波，那么对应光束仍为同心光束，则称该同心光束的中心为物点经过光学系统后 的完善像点。 b)每个物点的完善像点的集合就是完善像。 c)物体所在空间称为物空间，像所在空间称为像空间。 10、完善成像条件： a)入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。 b)或入射光为同心光束时，出射光也为同心光束。 c)或物点A1及其像点之间任意两条光路的光程相等。 11、物像虚实：几个光学系统组合在一起时，前一系统形成的虚像应看成当前系统的实物。 12、子午面：物点和光轴的截面。 13、决定光线位置的两个参量： a)物方截距：曲面顶点到光线与光轴交点A的距离，用L表示。 b)物方孔径角：入射光线与光轴的夹角，用U表示。 14、符号规则 a)沿轴线段：以折射面顶点为原点，由顶点到光线与光轴交点或球心的方向于光线传 播方向相同时取证，相反取负 b)垂轴线段：以光轴为基准，在光轴上方为正，下方为负。 c)夹角： i.优先级：光轴》光线》法线。 ii.由优先级高的以锐角方向转向优先级低的。 iii.顺时针为正，逆时针为负。 15、球差：单个折射球面对轴上物点成像是不完善的。球差是固有缺陷。 16、高斯像：轴上物点在近轴区以细光束成像是完善的，这个像称为高斯像。 a)通过高斯像点且垂直于光轴的平面称为高斯像面。 b)这样一对构成物象关系的点称为共轭点。光学总结-5
最新高考物理光学部分知识点完美总结
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