物理光学理论与应用-宋贵才-
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20 讲题目:平面波与球面波;空间频率;角谱:波的叠加;空间频率的丢失:卷积的物理意义;抽样定理;衍射与干涉;透过率函数;近场与远场衍射;“傅里叶变换与透镜”;対易:衍射的分析法:空品対易;全息;阿贝成像原理(4f 系统);泽尼克相衬显微镜;CTF;OTF;非相干与相干成像系统;衍射的计算机实验;衍射的逆问题;叠层成像(Ptychography);如何撰写科技文章面有限短距离 z 处得观察平面上,坐标是(0, b).求观察平面上的光强分布,并说明该光强分布与孔径是什么关系;若该孔径是两个矩形孔,求观察平面上的光强分布,并画出沿 y 轴方向的𝐴𝑘光强分布曲线。
解:孔径平面上透射波的光场分布为U(𝑥0 , 𝑦0 ) = exp(−𝑗𝑘𝑧) exp {−𝑗 [𝑥0 2 +𝑧抽样定理:利用梳状函数对连续函数𝑔(𝑥, 𝑦)抽样,得𝑔𝑠 (𝑥, 𝑦) = 𝑐𝑜𝑚𝑏 ( ) 𝑐𝑜𝑚𝑏 ( ) 𝑔(𝑥, 𝑦)抽样U(x, y) =函数𝑔𝑠 ,由δ函数的阵列构成,各个空间脉冲在𝑥方向和y方向的间距分别为𝑋, 𝑌。
每个δ函数下的体积正比于该点 g 的函数值。
利用卷积定理,抽样函数𝑔𝑠 的频谱为空间域函数的抽样,导致函数频谱𝐺的周期性复𝑛 𝑚现,以频率平面上( , )点为中心重复𝐺见图。
专业代码及名称培养单位代码招生类专业代码及名称培养单位代码招生类别070121★数学物理001 硕,博3 623 数学分析《数学分析教程》常庚哲中国科大出版社数学分析:极限、连续、微分、积分的概念及性质4 802 线性代数与解析几何《线性代数》李炯生中国科大出版社《空间解析几何简明教程》吴光磊高等教育出版社线性代数:行列式,矩阵,线性空间线性映射与线性变换,二次型与内积;解析几何:向量代数,平面与直线,常见曲面070201理论物理004 硕、博3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程,一维定态问题、力学量算符与表象变换,对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁070202粒子物理与原子核物理004 硕、博3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程,一维定态问题、力学量算符与表象变换,对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁070203原子与分子物理004 硕、博234 硕、博3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 835 原子物理与量子力学《近代物理学》徐克尊高等教育出版社《原子物理学》杨福家高等教育出版社第三版《原子物理学》褚圣麟高等教育出版社《量子力学导论》曾谨言高等教育出版社原子结构和光谱、分子结构和光谱、量子力学概论070204等离子体物理004 硕、博4 808 电动力学A 《电动力学》郭硕鸿高等教育出版社第二版电磁现象的普遍规律,静电场和静磁场,电磁波的传播,电磁波的辐射(包括低速和高速运动带电粒子的辐射),狭义相对论4 872 等离子体物理导论《等离子体物理导论》F. F. Chen科学出版社1980《等离子体物理原理》马腾才胡希伟陈银华中国科大出版社1988 单粒子理论、等离子体平衡、等离子体波动、等离子体不稳定性070205凝聚态物理002 博203 硕3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 809 固体物理《固体物理》黄昆原著韩汝琦改编高等教育出版社晶体结构、晶体缺陷、晶体结合、晶体振动及热学性质、金属电子论、能带论、电导论4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程,一维定态问题、力学量算符与表象变换,对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁231 硕、博234 硕、博070207光学002 硕、博3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程,一维定态问题、力学量算符与表象变换,对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁070221★量子信息物理学234 硕、博3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程,一维定态问题、力学量算符与表象变换,对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁070301无机化学019 硕、博157 硕、博3 626 物理化学《物理化学》付献彩高等教育出版社第五版《物理化学-概念辨析·解题方法》范崇政中国科大出版社热力学、动力学、胶体表面、电化学、统计热力学4 818 无机化学《无机化学》(上、下册)武汉大学、吉林大学等校编高等教育出版社第三版无机化学基本原理、理论及元素无机化学234 硕、博070302分析化学019 硕、博3 626 物理化学《物理化学》付献彩高等教育出版社第五版《物理化学-概念辨析·解题方法》范崇政中国科大出版社热力学、动力学、胶体表面、电化学、统计热力学4 820 分析化学《分析化学》武汉大学主编高等教育出版社《定量分析化学》李龙泉等编著中国科大出版社误差与数据处理;酸碱滴定,配位滴定,氧化-还原滴定,沉淀滴定;重量分析;常用的分离方法与复杂物质分析070303有机化学019 硕、博3 626 物理化学《物理化学》付献彩高等教育出版社第五版《物理化学-概念辨析·解题方法》范崇政中国科大出版社热力学、动力学、胶体表面、电化学、统计热力学4 819 有机化学《有机化学》伍越环编著中国科大出版社《有机化学实验》兰州大学、复旦大学编高等教育出版社伍越环编著的《有机化学》全部内容070304物理化学(含化学物理)003 硕、博231 硕、博3 626 物理化学《物理化学》付献彩高等教育出版社第五版《物理化学-概念辨析·解题方法》范崇政中国科大出版社热力学、动力学、胶体表面、电化学、统计热力学4 815 结构化学《物质结构》潘道皑等人民教育出版社量子力学基础、原子分子电子结构、分子光谱、晶体结构4 818 无机化学《无机化学》(上、下册)武汉大学、吉林大学等校编高等教育出版社第三版无机化学基本原理、理论及元素无机化学以下为第2 组考试科目,共有 2 组考试科目,可任选一组3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程,一维定态问题、力学量算符与表象变换,对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁234 硕、博070305高分子化学与物理020 硕、博3 626 物理化学《物理化学》付献彩高等教育出版社第五版《物理化学-概念辨析·解题方法》范崇政中国科大出版社热力学、动力学、胶体表面、电化学、统计热力学4 821 高分子化学与物理《高分子化学》潘才元中国科大出版社2001版;《高聚物的结构与性能》马德柱等科学出版社2003版考试范围包括指定参考书中所涉及的内容。
<<光学工程基础>>参考文献和习题1 光波、光线和成像参考文献:1. Walker Bruce H. Optical Engineering Fundamentals. Bellingham, Washington: SPIE,19982. 袁旭滄. 应用光学. 北京:国防工业出版社,19883. Ditteon Richard 著,詹涵菁译. 现代几何光学. 长沙:湖南大学出版社,20044. Smith W J. Modern Optical Engineering. Boston: The McGreaw-Hill Companies, Inc, 20015. 陈熙谋. 光学•近代物理. 北京:北京大学出版社,20026. 钟钖华. 现代光学基础. 北京:北京大学出版社,20037. Ghatak A K, Thyagarajan K. Contemporary Optics. New Y ork: Plenum Publishing Corporation, 19788. 彭旭麟,罗汝梅. 变分法及其应用. 武汉:华中工学院出版社,19839. Kidger Michael J. Fundamental Optical Design. Bellingham, Washington: SPIE,200210. Jenkins F , White H. Fundamentals of Optics. New Y ork: The McGreaw -Hill Companies, Inc, 197611. Hecht E. Optics. Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1987习题:1. 简述几何光学的几个基本定律。
2. 简述成像的基本概念。
3. 光在真空中的速度是多少?在水中呢?在钻石中呢?4. 画出折射角i '随入射角i 变化的函数曲线,条件是1=n ,n '是下列值:(a) 1.333;(b)1.5163;(c) 1.78831。
大学物理学波动光学的学习总结(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院131715班北京 100191)摘要:文章就大学物理学中的波动光学中的核心部分包括干涉,衍射,偏振部分的知识做了梳理,并就对推动波动光学理论建立的光学实验做了总结性的介绍和研究。
关键词:波动光学干涉衍射偏振实验19世纪初,人们发现光有干涉、衍射、和偏振等现象。
例如,在日常生活中常可看到在太阳光的照耀下,肥皂泡或水面的油膜上会呈现出色彩绚丽的彩色条纹图样;又如,让点光源发出的光通过一个直径可调的圆孔,在孔后适当位置放置一屏幕,逐渐缩小孔径,屏幕上上会出现中心亮斑,周围为明暗相间的圆环形图案等等。
这些现象表明光具有波动性,用几何光学理论是无法解释的。
由此产生了以光是波动为基础的光学理论,这就是波动光学。
19世纪60年代,麦克斯韦建立了光的电磁理论,光的干涉,衍射和偏振现象得到了全面说明。
本文将从光的干涉衍射和偏振来讨论光的波动性以及波动光学中的经典实验。
一、光的干涉1.光波定义光波是某一波段的电磁波,是电磁量E和H的空间的传播.2.光的干涉定义满足一定条件的两束(或多束)光波相遇时,在光波重叠区域内,某些点合光强大于分光强之和,在另一些点合光强小于分光强之和,因而合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布,称为光的干涉现象,光波的这种叠加称为相干叠加,合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布称为干涉条纹,其中强度极大值的分布称为明条纹,强度极小值的分布称为暗条纹.3.相干条件表述两束光波发生相干的条件是:频率相同,振动方向几乎相同,在相遇点处有恒定的相位差.4.光程差与相位差定义两列光波传播到相遇处的光程之差称为光程差;两列光波传播到相遇处的相位之差称为相位差.5.双光束干涉强度公式表述在满足三个相干条件时,两相干光叠加干涉场中各点的光强为式子中,相位差保持恒定,若021I I I ==则6.杨氏双缝千涉实验实验装置与现象如图1所示,狭缝光源S 位于对称轴线上,照明相距为a 的两个狭缝1S 和2S ,在距针孔为D 的垂轴平面上观察干涉图样,装置放置在空气(n=1)中,结构满足θθtan sin ,,≈≥≤x D D d .在近轴区内,屏幕上的是平行、等间距的明暗相间的直条纹,屏幕上P 点的光程差δ为相应明暗纹条件是\干涉条纹的位置是式中,整数k 称为干涉级数,用以区别不同的条纹.7.薄膜干涉实验装置如图2所示,扩展单色光源照射到薄膜上反射光干涉的情况,光源发出的任一单条光线经薄膜上下两个面反射后,形成两条光线①、②,在实验室中可用透镜将它们会聚在焦平面处的屏上进行观察,在膜的上下两个表面反射的两束光线①和②的光程差为二、光的衍射1.光的衍射现象定义一束平行光通过一狭缝K,在其后的屏幕上将呈现光斑,若狭缝的宽度比波度大得多时,屏幕E上的光斑和狭缝完全一致,如图3 Ca)所示,这时可成光沿直线传播的;若缝宽与光波波长可以相比拟时,在屏幕E上的光斑亮度虽然降低,但光斑范围反而增大,如图3 Cb)所示的明暗相间的条纹,这就是光的衍射现象,称偏离原来方向传播的光为衍射光.2.惠更斯一菲涅耳原理表述任何时刻波面上的每一点都可以作为子波的波源,从同一波面上各点发出的子波在空间相遇时,可以相互叠加产生干涉.3.菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射定义光源到障碍物,或障碍物到屏的距离为有限远,这类衍射称为菲涅尔衍射:光源到障碍物,以及障碍物到屏的距离都是无限远,这时入射光和衍射光均可视为平行光,这类衍射称为夫琅禾费衍射.三、光的偏振1.光的偏振性定义光波是电磁波,其电矢量称为光矢量,在垂直于传播方向的平面内,光矢量E可能具有的振动状态(矢量端点的轨迹),称为光的偏振态.光矢量的振动方向与光传播方向所组成的平面称为振动面.2.偏振光定义振动方向具有一定规则的光波,称为偏振光。
北航物理实验研究性报告劳埃镜的白光干涉第一作者:学号:摘要在通常的实验中,获得的是一些单色光的干涉图样,若将光源换成白光,由于不同波长的光产生的干涉条纹间距不同,各组条纹相互错位叠加的结果,一般只能看到零级的白光条纹和周围少数几条彩色条纹。
然而利用光栅和劳埃镜搭成合理的光路,却可以获得相当清晰的黑白干涉条纹,在干涉区内看到近百条白色亮纹。
本实验把几何光学相关知识与物理学中的干涉和衍射有机结合,训练内容十分广泛,仅几何光学就涉及了平行光的获得与检查,透镜的聚焦与二次成像以及平面镜的反射与成像等内容;对光路的调整要求更高,操作者必须严格按照试验规范,把原理现象与操作紧密结合,认真思考,动手动脑方可成功,这对严格的实验基本功训练大有裨益。
一、实验目的1、了解光栅衍射和劳埃镜干涉相结合获得白光干涉条纹的原理;2、学习运用原理来分析现象,从而指导下一步调整的科学实验方法;3、调出白光干涉条纹并用其测量未知光源波长。
二、 实验原理1. 劳埃镜干涉原理:劳埃镜实验是由一块普通的平板玻璃构成的反射镜实现分波前干涉。
单色光源S 发出的光(波长为)以几乎掠入射的方式在平面镜MN 上发生反射,反射光可以看做是在镜中的虚像S’发出的。
S 和S’发出的光波在其交迭区域发生干涉,可得条纹间距为:式中d 为双光源S 和S’间距,D 为观察屏到光源的距离。
由上式可知,在缝光源S ,劳埃镜MN 和观察屏P 的位置确定(此时D 和d 随之确定)后,干涉条纹间距Δχ随波长λ而改变。
但如果对不同颜色的光λ1、λ2,我们能让虚实光源的距离SS’也随之改变,并且:λ1/d 1=λ2/d 2=……=λn /d n =Δx/DλD x d λ∆=此时他们所产生的n套条纹的间距Δx是相同的,把劳埃镜干涉和光栅衍射结合起来就可以使上式成立的条件得到满足,从而实现不同颜色条纹的重合。
被白光照亮的狭缝Q发出的光波,经透镜L1形成平行光束,此即平行光束的获得,再经光栅G发生衍射,不同波长的光按衍射角分布:sinθ=kλ/b(b为光栅常数),衍射后的平行光束经透镜L2,又在各自焦面上聚成新的缝光源。
光电功能材料与器件》课程教学大纲课程代码(五号黑体):MCHM3042课程性质:专业必修课程授课对象:材料化学、功能材料等专业开课学期:总学时:54学时学分:3学分讲课学时:52学时实验学时:0学时实践学时:2学时指定教材:王筱梅,《有机光电材料与器件》,化学工业出版社,2014年参考书目(五号黑体)5-20部左右(五号宋体)刘恩科,《半导体物理学》,电子工业出版社,2007年黄昆半,《导体物理基础》,科学出版社,1999年李晔,《光化学基础与应用》,化学工业出版社,2000年刘亟须,《物理光学基础教程》,北京理工大学出版社,2000年朱建国,《电子与光电子材料》,国防工业出版社,2007年刘云圻,《有机纳米与分子器件》,科学出版社,2010年李文连,《有机光电子器件的原理、结构设计及其应用》,科学出版社,2012年教学目的:(五号黑体)本课程为材料化学专业和功能材料专业的专业必修课。
通过本课程的学习使学生了解和掌握各种光电材料的基本原理、基本性质、制备技术,及光电子材料的现状及发展趋势有。
了解和掌握光电子器件相关理论与器件物理,掌握有机发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、生物传感器等分子材料器件的基本类型、结构、工作机理、电学特性、电学特性参数表征及其应用,为光电器件的研究、设计及应用奠定理论基础。
第一章物质吸收光谱与颜色(五号黑体)课时:2.5周,共8课时(五号宋体)教学内容第一节光的基本性质光的波粒二象性第二节电子跃迁一、基态与激发态分子的基态与激发态的性质比较二、电子跃迁类型有机分子电子能级跃迁三、跃迁允许与跃迁禁阻电子跃迁允许与跃迁禁阻示意图第三节紫外-可见吸收光谱一、吸收光的条件能量要大于一定值二、朗伯-比耳定律样品对光波的吸光能力与该溶液的浓度和吸收层厚度成正比。
三、紫外-可见吸收光谱在近紫外-可见-近红外光谱区域内,某一样品对不同波长单色光的吸收强度的变化情况,简称吸收光谱。
物理与光电工程学院研究培养方案大连理工大学2012年6月目录物理学一级学科培养方案 (3)博士研究生 (3)学术型硕士研究生 (13)光学工程一级学培养方案 (31)博士研究生 (31)学术型硕士研究生 (15)全日制专业学位硕士 (37)电子科学与技术一级学科培养方案 (44)博士研究生 (49)学术型硕士研究生 (49)大连理工大学博士研究生培养方案物理学一级学科(一级学科(专业)代码:0702授予理学博士学位)一、培养目标本学科专业培养能够从事理论物理学、等离子体物理学、凝聚态物理学、光学,原子分子物理,生物物理学、神经信息学方面的教学、科研及管理工作的高层次人才。
学位获得者应具备坚实的物理理论基础和系统深入的专门知识;能熟练地运用一门外语进行专业学术交流;具备严谨的治学态度和刻苦钻研精神;具备独立从事科学研究工作的能力,并能够在科学或专门技术上取得创造性的成果。
二、学科群、专业及研究方向简介本学科点包括国家重点学科:等离子体物理;辽宁省重点学科:理论物理,等离子体物理。
2003年获得物理学一级学科博士学位授予权,设有物理学一级学科博士后流动站;•等离子体物理1998年获得博士授予权, 2001年被评为“国家重点学科”,2007年再次被评为国家重点学科;理论物理1986年获得硕士授予权,2000年获得博士授予权,2008年获批辽宁省重点建设学科。
本学科群依托教育部三束材料改性重点实验室和辽宁省先进光电技术重点实验室,设有理论物理研究所等十余个研究机构,拥有先进大型研究设备近百台(套),在“十一五”期间,共承担了各类课题100余项,包括国家自然科学基金重点项目,面上项目,青年基金项目,国际重大合作项目;“973”重点基础研究计划(课题)、国家重大研究计划ITER专项(课题),02专项(课题),“863”科技攻关项目;国防项目及预研项目;教育部骨干教师和博士点基金项目;辽宁省自然科学基金项目以及企业委托项目。
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