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大学物理教程讲义波动光学.PPT

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大学物理波动光学一PPT课件

大学物理波动光学一PPT课件

超快光谱技术
介绍超快光谱技术的原理、方法及应 用，如泵浦-探测技术、时间分辨光谱 技术等。
超短脉冲激光技术
详细介绍超短脉冲激光技术的原理、 实现方法及应用领域，如飞秒激光技 术、阿秒激光技术等。
未来光学技术挑战和机遇
光学技术的挑战
阐述当前光学技术面临 的挑战，如光学器件的 微型化、集成化、高性 能化等。
大学物理波动光学一 PPT课件
目录
• 波动光学基本概念与原理 • 干涉原理及应用 • 衍射原理及应用 • 偏振现象与物质性质研究 • 现代光学技术进展与挑战
01
波动光学基本概念与原理
光波性质及描述方法
光波是一种电磁波，具有波动性 质，可以用振幅、频率、波长等
物理量来描述。
光波在真空中的传播速度最快， 且在不同介质中传播速度不同。
01
02
03
04
摄影
利用偏振滤镜消除反射光和散 射光，提高照片清晰度和色彩
饱和度。
液晶显示
利用液晶分子的旋光性控制偏 振光的透射和反射，实现图像
显示。
光学仪器
如偏振光显微镜、偏振光谱仪 等，利用偏振光的特性进行物
质分析和检测。
其他领域
如生物医学、材料科学、环境 科学等，利用偏振光的特性进
行研究和应用。
01
牛顿环实验装置与步骤
介绍牛顿环实验的基本装置和操作步骤，包括凸透镜、平面镜、光源等
。
02
牛顿环测量光学表面反射相移
阐述如何通过牛顿环实验测量光学表面反射相移的原理和方法。
03
等厚干涉原理及应用
探讨等厚干涉的基本原理，以及其在光学测量和光学器件设计中的应用
。
多光束干涉及其应用

大学物理1(波动光学知识点总结).ppt

大学物理1(波动光学知识点总结).ppt

差 =__________。若已知 λ = 5000Å，n = 1.5，A 点恰为
第四级明纹中心，则 e = ________ Å 。
S1 •
e
n
2 (n 1)e
A
e 40000 A
S2 •
6、用波长为5000Å的平行单色光垂直照射在一透射光栅上，在
分光计上测得第一级光谱线的衍射角为 30。则该光栅
最大值是最小值的5倍，那么入射光中自然光与线偏振
光的比值是：
A ）1/2 C ）1/3
B） 1/5 D） 2/3
( I0 I) / I0 5
2
2
I0 1 I 2
[例1]一束波长为 550 nm的平行光以 30º角入射到相距为
d =1.00×10 – 3 mm 的双缝上，双缝与屏幕 E 的间距为
D=0.10m。在缝 S2上放一折射率为1.5的玻璃片，这时双缝 的中垂线上O 点处出现第8 级明条纹。求：1）此玻璃片的
厚度。2）此时零级明条纹的位置。
E
解：1）入射光到达双缝时已有光程差： S1
1 d sin30
经双缝后，又产生附加光程差：
30
1
o
2 (n 1)e
S2
D
两束光在点O处相聚时的光程差为：
C）数目增加，间距变小。
D）数目减少，间距不变。
L
2、一束波长为 的单色光由空气入射到折射率为 n 的透明介
质上，要使反射光得到干涉加强，则膜的最小厚度为：
A) / 4
1 23
en
B) /(4n) C) / 2 D) /(2n)
2ne k k 0, e
2
4n
3、在单缝的夫琅和费衍射实验中，把单缝垂直透镜光轴稍微 向上平移时,屏上的衍射图样将

大学物理上-第7章-波动光学PPT课件

大学物理上-第7章-波动光学PPT课件

n 的介质中后，波长n , 光速为 v ,则有：
C 而n C
v n
v
n
n
结论：同一频率的光在不同介质中波长不相同。
在一条波线上，光在介质中前进L，相位改变为：
2 L 2 nL
n
15
2 L 2 nL
n
结论：同一频率的光在折射率为n的介质中通过L距离
时引起的相位改变和光在真空中通过nL距离时所引起
解：覆盖玻璃前 r2r10
d
覆盖玻璃后
S1
r 2 n 2 d d ( r 1 n 2 d d ) 5
n1 r1
O
(n2n1)d5
S2
n2 r2
d 5 8106m
n2 n1
20
3.透镜近轴光线的等光程性 透镜可以改变光线的传播方向，但是在光路中
放入薄透镜不会引起附加的光程差。
F F
的相位改变相同。
光程：光在介质中传播的波程与介质折射率的乘积。
nL
设光在折射率为n的介质中传播的路程为L，有：Lvt
n C 有： L c t , nLct
v
n
光程意义：光在介质中所通过的路程L就相当于在相同 的时间内光在真空中通过的路程=nL。
16
如果光线穿过多种介质时，其光程为：
n 1 r 1 n 2 r2 n n rn n ni ri i 1
xxk 1xk
D a
条纹特点：条纹明暗相间平行等距。
明 纹
4 3 2 1 0I 1 2 3 4
10
复色光源的干涉条纹 若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。
xk
kD
a
当用白光照射双缝时，由于波长不同，同一级明纹
的位置不同，

大学物理波动光学课件

大学物理波动光学课件

麦克斯韦电磁理论：19 世纪中叶，英国物理学 家麦克斯韦建立了电磁 理论，揭示了光是一种 电磁波，为波动光学提 供了更加深入的理论根 据。
在这些重要人物和理论 的推动下，波动光学逐 渐发展成为物理学的一 个重要分支，并在现代 光学、光电子学等领域 中发挥了重要作用。
02 光的干涉
干涉的定义与分类
定义 分类 分波前干涉 分振幅干涉
干涉是指两个或多个相干光波在空间某一点叠加产生加强或减 弱的现象。
根据光源的性质，干涉可分为两类，分别是ห้องสมุดไป่ตู้波前干涉和分振 幅干涉。
波前上不同部位发出的子波在空间某点相遇叠加产生的干涉。 如杨氏双缝干涉、洛埃镜、菲涅尔双面镜以及菲涅尔双棱镜等
。
一束光的振幅分成两部分（或以上）在空间某点相遇时产生的 干涉。例如薄膜干涉、等倾干涉、等厚干涉以及迈克耳孙干涉
波动光学与几何光学的比较
几何光学
几何光学是研究光线在介质中传播的光学分支，它主要关注 光线的方向、成像等，基于光的直线传播和反射、折射定律 。
波动光学与几何光学的区分
波动光学更加关注光的波动性质，如光的干涉、衍射等现象 ，而几何光学则更加关注光线传播的几何特性。两者在研究 对象和方法上存在差异，但彼此相互补充，构成了光学的完 整体系。
VS
马吕斯定律
当一束光线通过两个偏振片时，只有当两 个偏振片的透振方向夹角为特定值时，光 线才能通过。这就是马吕斯定律，它描述 了光线通过偏振片时的透射情况。这两个 定律在光学和物理学中都有着广泛的应用 。
THANKS
感谢观看
分类
根据障碍物的大小和光波波长的相对 关系，衍射可分为菲涅尔衍射和夫琅 禾费衍射。
单缝衍射与双缝衍射
单缝衍射

《大学物理波动》PPT课件

《大学物理波动》PPT课件

01波动基本概念与分类Chapter波动定义及特点波动定义波动特点机械波电磁波物质波030201波动分类与举例波动方程简介一维波动方程三维波动方程波动方程的解02机械波Chapter机械波形成条件与传播方式形成条件振源、介质、振动方向与波传播方向关系传播方式横波（振动方向与波传播方向垂直）与纵波（振动方向与波传播方向平行）波前与波线波前为等相位面，波线为波的传播方向01020304机械波传播过程中，介质质点不断重复着振源的振动形式周期性振源振动的最大位移，反映波的能量大小振幅相邻两个波峰或波谷之间的距离，反映波的空间周期性波长单位时间内波传播的距离，与介质性质有关波速机械波性质与参数描述平面简谐波及其表达式平面简谐波波动方程波动方程的解03电磁波Chapter电磁波产生原理与传播特性电磁波产生原理电磁波传播特性电磁波谱及其应用电磁波谱电磁波应用电磁波在介质中传播规律折射定律反射定律透射定律衰减规律04光学波动现象Chapter干涉现象及其条件分析干涉现象的定义和分类01干涉条件的分析02干涉现象的应用03衍射现象及其规律探讨衍射现象的定义和分类衍射规律的分析衍射现象的应用偏振现象的定义和分类偏振是光波中电场矢量的振动方向相对于传播方向的不对称性。

根据光波中电场矢量的振动方向不同，偏振可分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振等。

要点一要点二偏振规律的分析偏振现象遵循一定的规律，如马吕斯定律、布儒斯特定律等。

这些规律揭示了偏振光在传播过程中的特点和变化规律。

偏振现象的应用偏振现象在光学、光电子学等领域有着广泛的应用。

例如，利用偏振片可以实现光的起偏和检偏；利用偏振光的干涉和衍射可以制作各种光学器件和测量仪器；同时，偏振也是液晶显示等现代显示技术的基本原理之一。

要点三偏振现象及其应用研究05量子力学中波动概念引入Chapter德布罗意波长与粒子性关系德布罗意波长定义01粒子性与波动性关系02实验验证03测不准原理对波动概念影响测不准原理内容对波动概念的影响波动性与测不准原理关系量子力学中波动方程简介薛定谔方程波动函数的物理意义波动方程的解与粒子性质06波动在科学技术领域应用Chapter超声技术声音传播利用高频声波进行无损检测、医学诊断和治疗等。

《大学物理波动学》ppt课件

《大学物理波动学》ppt课件
电磁波的接收
接收电磁波需要相应的接收装置，如收音机通过天线接收无线电波，并通过调 谐电路选择特定频率的信号进行放大和处理。
04
干涉与衍射现象
干涉现象及条件
01
02
03
干涉现象
两列或多列波在空间某些 区域相遇时，振动加强而 在另一些区域振动减弱的 现象。
干涉条件
两列波的频率相同，相位 差恒定，振动方向相同。
实验步骤
设置声源和接收器，使它们之间存在相对运动；测量接收器接收到的声波频率， 并与声源发出的声波频率进行比较；分析实验结果，得出结论。
电磁波多普勒效应观测技术
观测原理
电磁波多普勒效应与声波多普勒效应类似，当电磁波源与观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的电磁波频 率也会发生变化。
观测技术
利用射电望远镜等设备观测天体辐射的电磁波，通过测量其频率变化来研究天体的运动状态、距离等信息。
《大学物理波动学》ppt课件
contents
目录
• 波动学基本概念与原理 • 机械波 • 电磁波 • 干涉与衍射现象 • 多普勒效应与波动能量传输 • 非线性波动与现代光学技术
01
波动学基本概念与原理
波动现象及分类
机械波
介质中质点间相互作用力引起的波动，如声波、水波等。
电磁波
电场与磁场交替变化产生的波动，如光波、无线电波等。
物质波
微观粒子（如电子、质子等）具有的波动性，又称德布罗意波。
波动参数与描述
波长
相邻两个波峰或波谷之间的距离，用λ 表示。
波速
波在介质中传播的速度，用v表示。 对于机械波，v取决于介质的性质； 对于电磁波，v在真空中为光速c。
频率
单位时间内波源振动的次数，用f表示 。

第14章波动光学基础ppt课件


解 (1) 明纹间距分别为
xD 60 5 .8 0 913 4 0 0 .3m 5 m
d
1 .0
xD 6 05 .8 0 9 1 3 4 0 0 .0m 35m
d
10
(2) 双缝间距 d 为
dD 60 5.0 89 13 4 05.4mm
x
0.065
例 用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d ，缝面与 屏距离为 D
r1
n
2 n(r2d)n dnr1 S 2 r2
n d
•P
物象之间等光程原理
光程1
S•
光程2 •S
光程3
光程1=光程2=光程3
例 用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条 缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹的 位置上。如果入射光波长为 550 nm
求 此云母片的厚度是多少？
3. 若M1平移 d 时，干涉条纹移过 N 条，则有
dN
2
四. 时间相干性
Байду номын сангаас
两光束产生干涉效应的最大光程差称为相干长度,与相干长
度对应的光传播时间称为相干时间
相干长度 L 和谱线宽度 之间的关系为 L2
五. 应用
1. 微小位移测量
dN
2
2. 测波长
2d
N
3. 测折射率
§14.7 惠更斯—菲涅耳原理
E
O
u
相位相同
z
(2) 电磁波是横波 E H /u /
H
x
二. 光是电磁波
可见光七彩颜色的波长和频率范围
光色 波长(nm) 红 760~622 橙 622~597 黄 597~577 绿 577~492 青 492~470 兰 470~455 紫 455~400

大学物理波动光学PPT幻灯片课件


很小
x r2 r1 d sin dtg d D


r2

r1

xd D
S1 d
S2
r1 r2
D
x
P(x) x
O
2 /
2 /
xd / D
x（条纹中心坐标）
相长干涉(加强、明纹)
相消干涉(暗纹)
2k k 0,1,2,(级数) (2k 1)
位置上。如果入射光波长为 550 nm
求 此云母片的厚度是多少？
光程差 =0
解 设云母片厚度为 d 。无云母片时，零级亮纹在屏上 P 点，
则到达 P 点的两束光的光程差为零。加上云母片后，到达P
点的两光束的光程差为
条纹上移还是下移？
(n 1)d
当 P 点为第七级明纹位置时
7
PБайду номын сангаас
d 7 7 550 106 6.6 103mm d
k λ 红 (k 1)λ 紫 k λ紫 400 1.1
λ 红 λ 紫 760 400
清晰的可见光谱只有一级
§13.4 光程与光程差
若时间 t 内光波在介质中传播的路程为 r ,则相应在真空中
传播的路程应为
x ct cr nr u
改变相同相位的条件下
2πr 2πx 0
（洛埃镜实验结果与杨氏双缝干涉相似）
• 计算方法同双缝实验，但仅在直射光和反射光相遇区域 出现干涉条纹.
• 接触处, 屏上O 点出现暗条纹
半波损失
相当于入射波与反射波之间附加了一个半波长的波程差
n1 n2 有半波损失 n1 n2 无半波损失

大学物理-波动光学-波动光学(ppt模板)


2ne

k
3
空气
1
2
n 1=1
k 0, 0 1.70 106 m k 1, 1 5.67 107 m k 2, 2 3.40 10 m
7
肥皂膜
空气
e
n=1.33 n 1=1
绿色
5 4
由反射光减弱的条件得: 2ne ( 2k 1 ) 2 2 k 0 ,1 ,2 ,
获得相干光的途径（方法）
分波阵面法
从同一波阵面上的不同部分产生的次级波满足相干条件。
分振幅法 利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅 (能量)较小的两束相干光。
分波阵面法 分振幅法
P
S*
S *
P · 薄膜
3、光程与光程差
c u (1).光在折射率为n 的介质中的传播速度： n (2).光在折射率为n 的介质中的波长： n n
波动方程
x y A cos[ ( t ) ] ut x Acos[ 2 ( ) ] T
两列频率相同，振动方向 平行，相位相同或相位差恒定 的波（相干波）相遇时，使某 些区域振动始终加强，而另一些区域振动始 终减弱的现象 3 、干涉的讨论 设两列相干波的波源 s1 和 s2 其振动方程 r1
5 4
四、常见的两种等厚薄膜干涉 1．劈尖干涉 （1）装置：图示G1下表面和G2上 表面形成劈尖中间为空气（n=1）— 空气 劈尖 G1 （2）干涉条纹 n G2 光线垂直入射，反射光 (1)(2)的干涉，光程差 2nd S（1） 2 （为什么） （2） （明） k n 2nd （暗）
（光在介质界面反射时相位突变引起）
2

大学物理波动光学ppt课件


bb b
bbb
40
白光的衍射光谱
入射光为白光时，
不同，
不同，按波长分开形成彩色光谱.
k
称为色散现象
I
0 一级光谱
三级光谱
ab
二级光谱
sin
41
光谱分析
由于不同元素（或化合物）各有自己特定 的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发光物 质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定 量分析出元素的含量．
30
令透射比 吸收度
T I e cl I0
A logT cl loge
消光系数 loge
A cl
比色计 分光光度计 光谱分析
31
本章小结
干涉：杨氏双缝干涉 薄膜干涉、半波损失、光程
衍射：夫琅和费单缝衍射 光栅公式、半波带、缺级、色散
偏振：马吕斯定律、自然光、偏振光 旋光：左旋、右旋、比旋率 吸收：朗伯-比尔定律、吸收度
[ ]TD ：比旋率（度）
与物质性质、光波波长及溶液温度有关
旋光计 29
11.4 光的吸收
朗伯定律
dI Idl
α：吸收系数
I
dI
l
dl
I I0
0
ln I l
I0
I I 0 e l
dl
I0
I
朗伯-比尔定律
对溶液： c I I0e cl
条纹位置与波长的关系：
非单色光(白光) 色散 同级条纹中紫色靠中央,红色靠外边.
6
条纹间距（宽度）：
x D
d
单色光各级明、暗条纹宽度相同， 不同波长的光条纹宽度不同。
条纹亮度：
I
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S，窄缝相当于一个线光源。
20
图6.7 双缝干涉示意图
6.2 分波面法干涉
1.光程差的计算
如图6.8所示，设双缝S1与S2之间的距离为d，双缝到 屏的距离为D，在屏上以屏中心为原点，垂直于条纹方向建 立x轴，用以表示干涉点的位置.设屏上坐标为x处的干涉点 P到两缝的距离分别为r1和r2，从S1和S2发出的两列相干光 到达P点的光程差应为δ= n（r2－r1）.
δ=n(r2-r1)
(6-4)
相干光在各处干涉加强或减弱取决于两束光的光程差，
而不是几何路程之差。
14
6.1 光的相干性
3.光程差满足的明暗纹干涉条件
15
6.1 光的相干性
4.透镜的等光程性
我们在观察干涉、衍射现象时，常借助于薄透镜.从透镜成
像的实验中知道，波阵面与透镜的主光轴垂直的平行光，经透
大量原子受外来激励会处于激发状态.处于激发状态的 原子是不稳定的，它要自发地向低能级状态跃迁，并同时向 外辐射电磁波。当这种电磁波的波长在可见光范围内时，即 为可见光。原子的每一次跃迁时间很短。由于一次发光的持 续时间极短，所以每个原子每一次发光只能发出频率一定、 振动方向一定且长度有限的一个波列。如图6.1（a）所示。 图6.1（b）所示
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大学物理教程
10
6.1 光的相干性
图6.2 分波面法
图6.3 分振幅法
11
6.1 光的相干性
6.1.4 光程 光程差
1.光程
当两束相干光波在同一种 介质中传播时，在相遇点干涉 加强或减弱取决于两相干光波 在该处的相位差Δφ.如图6.4 所示，如果波长为λ的两束相 干单色光，分别在不同的介质 中传播后再在P点相遇。
光源发出的频率为1022～1026Hz的电磁波泛称为光。光包 括红外光、可见光和紫外光三部分。在可见光范围内，不同频 率的光将引起不同的颜色感觉，表6.1是各光色与频率（或真空 中波长）的对照，光在波长从小到大过程中呈现出由紫到红等 各种颜色。
3
6.1 光的相干性
4
6.1 光的相干性
2.光的速度与折射率
.
1
第6章 波动光学
6.1 光的相干性
6.2 分波面法干涉
6.3
分振幅法干涉
6.4
单缝衍射
6.5 光栅衍射 6.6 圆孔衍射 6.7 光的偏振
2
6.1 光的相干性
6.1.1 光波
1.光波
光波是电磁波的一部分，仅占电磁波谱很小的一部分，它 与无线电波、X射线等其他电磁波的区别只是频率不同，能够引 起人眼视觉的那部分电磁波称为可见光。
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7
6.1 光的相干性
图6.1 光波波列
8
6.1 光的相干性
6.1.3 光的干涉
1.不相干叠加
由于普通光源的原子或分子发光的间歇性和随机性， 在观察时间内，振动时断时续以致它们的初相位各自独立 地做不规则的改变，概率均等地在观察时间内多次历经从 0到2π间的一切可能值。
9
6.1 光的相干性
2.相干叠加
21
6.2 分波面法干涉
图6.8 双缝干涉条纹计算
22
6.2 分波面法干涉
2.干涉明纹中心位置
23
6.2 分波面法干涉
3.干涉暗纹中心位置
24
6.2 分波面法干涉
4.双缝干涉条纹的分布特征
由式(6-6)和式(6-7)可 得到干涉条纹的分布特 征。屏上的光强分布曲 线如图6.9所示。
图6.4 两相干光波在不同介质中的传播
12
6.1 光的相干性
如图6.5所示，当一束光在几种介质中传播时，AB间的光程为
图6.5 光程的计算
13ห้องสมุดไป่ตู้
6.1 光的相干性
2.光程差
如图6.4所示，如果波长为λ的两束相干单色光，分别在 不同的介质中传播后再在P点相遇.设两束光各自所经历的几 何路程为r1和r2，每束光的光程分别为n1r1和n2r2，我们定义
6.6（b）
所示。即薄透镜不引起附加的光程差，也称透镜的等光程性。
16
6.1 光的相干性
图6.6 透镜的等光程性
17
6.1 光的相干性
5.光的半波损失
在研究驻波时我们知道，若波从波疏介质入射到波密介 质表面反射时，反射波将发生相位突变或半波损失。光的反 射也同样可能有半波损失现象发生。两种介质相比较，我们 把折射率大的介质称为光疏介质，折射率小的介质称为光疏 介质。光从光疏介质入射到光密介质分界面而反射时，反射 光也会产生半波损失。
18
6.1 光的相干性
19
6.2 分波面法干涉
6.2.1 杨氏双缝干涉
1801年，英国医生兼物理 学家托马斯·杨首先成功地设 计了利用单一光源形成两束相 干光，并获得光的干涉现象的 典型实验，从而使光的波动理 论得到证实。实验装置如图6.7 所示，在传统的杨氏双缝实验 中，用单色平行光照射一窄缝
5
6.1 光的相干性
3.光矢量
可见光是能激起人视觉的电磁波。对于光波来说，传播 E和H表示）。实验表明，在这两个
矢量中，能引起视觉效应和照相底片感光作用的是光波中的 电场，所以光学中常把电场强度E代表光振动，并把E 称为光矢量。光振动指的是电场强度随时间周期性的变化。
6
6.1 光的相干性
6.1.2 光源
镜后会聚于焦点上并形成亮点，如图6.6（a）所示。说明平行
A、B、C、D、E各点）经过透镜不改变
它们之间的相位差。也就是说，由于平行光的同一波阵面上各
点有相同的相位，经透镜会聚于焦点后仍有相同的相位，AaF的
光程与CcF的光程相等.对于斜入射的平行光，经透镜会聚于焦
平面上的F′点，AaF′与BbF′