第一章 几何光学相关基础知识
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绪论1.光学的研究内容:a.光的发射、传播和接收等的规律;b.光和其他物质的相互作用(吸收、色散、散射等);c.光的本性;d.光在生产、生活中的应用。
2.光学按内容可分为:几何光学,波动(物理)光学,量子(分子)光学和现代光学。
3.光学与生产实践的关系:生产实践、科学实验推动了光学的发展,光学的发展为生产提供了实验手段和理论依据,生产技术发展反过来提出新的光学课题和研究条件。
4.光学的研究方法:在观察和实验的基础上,对物理现象进行分析、抽象和终合,进而提出假说,形成理论,并不断经受实践的检验。
(实验----假说----理论----实验)5.光学发展的五个时期:a.萌芽时期(B.C.4~A.C.15)观察到直进、反射和折射现象,发现镜面成像规律、建立反射定律,制成面镜眼镜、透镜、暗箱和幻灯等。
Euclid提出投射学说:光是从人眼向被看见的物体伸展着的某种触须似的东西。
b.几何光学时期(A.C.16~A.C.18)观察到衍射、干涉和偏振现象,建立折射定律,制成显微镜、望远镜。
L.Newton 提出微粒理论:光是按惯性沿直线飞行的微粒流。
C.Huggens 提出波动理论:光是一种在特殊弹性媒质中传播的机械波。
c.波动光学时期(1800~1900)解释了干涉、衍射、偏振现象和物质发射、吸收光的现象,测定了光速。
J.C.Maxwell 提出电磁理论:光是电磁波。
这一时期除了黑体辐射、光电效应和以“静止以太”为背景的绝对时空观存在无法解释的困难外,经典物理形成了一套严整的理论体系。
d.量子光学时期(1900~1960)M.Plank 提出辐射的量子论:各种频率的电磁波只能以一定分量的能量自振子辐射出,这种能量微粒子称为量子。
光的量子称为光子。
(1900年)A.Einstein把量子论贯穿到整个辐射和吸收过程中,提出光子理论:光是具有波粒二象性的光量子。
(1905年)e.现代光学时期(1960~)1960年,制成了历史上第一台激光器,激光的问世,标志着现代光学的开始,光学成为现代物理学的一块前沿阵地,并派生出许多崭新的分支学科,如付里叶光学、非线性光学、集成光学、激光光谱学等。
第一章几何光学的基本定律与成像概念1. 几何光学的基本定律(内容、表达式、现象解释)1)光的直线传播定律2)光的独立传播定律3)反射定律和折射定律:(全反射条件、图1-6光纤结构和全反射应用)4 5)马吕斯定律:定律内容 2. 完善成像条件(3种表述)图1-10 光线经过单个折射面的折射3. 应用光学中的符号规则(6条)4.5. 单个折射面的成像公式(定义、公式、意义)12)轴向放大率α3)角放大率γ4)αγ= β5)拉赫不变量66. 球面反射镜成像公式第二章理想光学系统1. 共轴理想光学系统的成像性质是什么?(3大点),尤其是第三点。
2. 无限远的轴上(外)物点的共轭像点是什么?它发出的光线有何性质?c n v=3. 无限远的轴上(外)像点的对应物点是什么?(主点,主平面)4. 物(像)方焦距的计算公式为何?5. 物方主平面与像方主平面的关系为何?其用途为何?光学系统的节点及性质?6.6. P21)7. 解析法求像方法?(牛顿公式、高斯公式)12)*高斯公式:物、像位置相对于主点确定3理想光学系统两焦距之间的关系?8. 由多个光组组成的理想光学系统的成像公式?(过渡公式, 关键是物、像前后关系)9. 光学间隔的定义,组合系统的物方和像方焦距计1. 平面光学元件的种类?作用?(3点)2.3. 平行平板的成像特性?(3点)近轴区内的轴向位移公式?4. 反射棱镜的种类(4种)、基本用途。
112d l l -'=1 12∆-'=x x 2111f f d +'-=∆kkk k y y y y y y y y ββββ 2122111⋅='⋅'⋅'='=nn f f '-='tgU h f =' ' tgU h f =1(' n d l -=∆6. 光楔的偏向角公式及其应用(测小角度和微位移)7.8. 常用的光学材料有几类?各有何特点?第六章光线的光路计算及像差理论1. 么?2.3. 各种像差的定义、影响因素、性质、消像差方法?4. 哪些像差与孔径有关?哪些像差与视场有关?第十一章光的电磁理论基础1. 波动方程及光波的表达式1)波动方程的由来、表达式、式中的物理意义2)光波的表达式(属于波动方程的解)♦平面波解♦简谐波解(三角形式、矢量形式、指数形式)3)光波参数之间的关系4)平面波的性质(3条)[] (cos t v z A E -ω=[] cos( (2cos t kz A E Tt z A E ωλπ--==([]t z y x k A E t A E ωγβαω-++-∙cos cos cos cos r k cos(==] r k (exp[t i A E ω-∙=1(-=n αδ2.123. 掌握四种不同条件下光波叠加后形成的物理现象、合成波表达式及其性质(见表)第十二章光的干涉和干涉系统1. 干涉及干涉条件1)什么是干涉?2)干涉条件(3条)2. 杨氏双缝干涉1)干涉性质:分波前的干涉2)实验装置3)干涉公式及条纹性质♦光程差♦条纹亮暗条件1\ 2)条纹可见度的影响因素:(两相干光束的振幅比、光源大小、光源单色性)4. 平行平板的双光束干涉 3)干涉条纹性质♦♦条纹级次(中心级次高,边缘级次低)5. 楔形平板的双光束干涉3)干涉条纹性质♦♦两条纹间对应的厚度变化♦楔角第十三章光的衍射1.2.第十五章光的偏振和晶体光学基础1. 什么是自然光、偏振光和部分偏振光?2.3.4.5. 为暗条纹时当为亮条纹;时当, 21( , d D m x d D m x λλ+== (m M m MI I I I K +-= cos 1((21δK I I I ++=nh 2λ=∆neα=∆=6.什么是晶体的光轴、主平面、主截面?什么什么是晶体的光轴、主平面、主截面什么什么是晶体的光轴是正负晶体?是正负晶体?7.什么是寻常光(O 光)非常光(e 光)什么是寻常光(、非常光什么是寻常光、非常光(,8.晶体双折射产生偏振光?晶体双折射产生偏振光?晶体双折射产生偏振光9.对于光线不同入射方向,应用布儒斯特角对于光线不同入射方向,对于光线不同入射方向判断光的偏振特性。
前言1.个人介绍2.课程内容、地位与应用∙几何光学:研究光的传播方向(光线学)∙物理光学:电磁波3.教学计划(36学时,9周)4.考试形式:平时20%,考试80%5.学习态度和方法:∙掌握基本原理;∙主动扩展6.课堂要求:∙不许旷课∙旷课三次则没有成绩内容简介:∙几何光学:研究光的传播方向(光线学)1、2章理论基础3~6章理论分析7~9应用∙物理光学:电磁波光学的研究内容:我们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。
几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发,来研究光的传播问题的学科。
它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种媒质中传播的途径,它得出的结果通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限。
物理光学是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科,所以也称为波动光学。
它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振,以及光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。
波动光学的基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。
波动光学不详论介电常数和磁导率与物质结构的关系,而侧重于解释光波的表现规律。
波动光学可以解释光在散射媒质和各向异性媒质中传播时现象,以及光在媒质界面附近的表现;也能解释色散现象和各种媒质中压力、温度、声场、电场和磁场对光的现象的影响。
量子光学1900年普朗克在研究黑体辐射时,为了从理论上推导出得到的与实际相符甚好的经验公式,他大胆地提出了与经典概念迥然不同的假设,即“组成黑体的振子的能量不能连续变化,只能取一份份的分立值”。
1905年,爱因斯坦在研究光电效应时推广了普朗克的上述量子论,进而提出了光子的概念。
他认为光能并不像电磁波理论所描述的那样分布在波阵面上,而是集中在所谓光子的微粒上。
在光电效应中,当光子照射到金属表面时,一次为金属中的电子全部吸收,而无需电磁理论所预计的那种累积能量的时间,电子把这能量的一部分用于克服金属表面对它的吸力即作逸出功,余下的就变成电子离开金属表面后的动能。