光学设计第一牛人的光学设计讲义
- 格式:ppt
- 大小:107.50 KB
- 文档页数:13
傅⾥叶光学讲义傅⾥叶光学实验傅⾥叶光学原理的发明最早可以追溯到1893年阿贝(Abbe )为了提⾼显微镜的分辨本领所做的努⼒。
他提出⼀种新的相⼲成象的原理,以波动光学衍射和⼲涉的原理来解释显微镜的成像的过程,解决了提⾼成像质量的理论问题。
1906年波特(Porter )⽤实验验证了阿贝的理论。
1948年全息术提出,1955年光学传递函数作为像质评价兴起,1960年由于激光器的出现使相⼲光学的实验得到重新装备,因此从上世纪四⼗年代起古⽼的光学进⼊了“现代光学”的阶段,⽽现代光学的蓬勃发展阶段是从上世纪六⼗年代起开始。
由于阿贝理论的启发,⼈们开始考虑到光学成像系统与电⼦通讯系统都是⽤来收集、传递或者处理信息的,因此上世纪三⼗年代后期起电⼦信息论的结果被⼤量应⽤于光学系统分析中。
两者⼀个为时间信号,⼀个是空间信号,但都具有线性性和不变性,所以数学上都可以⽤傅⽴叶变换的⽅法。
将光学衍射现象和傅⽴叶变换频谱分析对应起来,进⽽应⽤于光学成像系统的分析中,不仅是以新的概念来理解熟知的物理光学现象,⽽且使近代光学技术得到了许多重⼤的发展,例如泽尼克相衬显微镜,光学匹配滤波器等等,因此形成了现代光学中⼀门技术性很强的分⽀学科—傅⾥叶光学。
实验原理:我们知道⼀个复变函数f(x,y)的傅⽴叶变换为:+-=?=dxdy vy ux 2i y x f y x f v u F )](exp[),()},({),(π ( 1 )F (u,v)叫作f(x,y)的傅⽴叶变换函数或频谱函数。
它⼀般也为复变函数,f(x,y)叫做原函数,也可以通过求 F(u,v)逆傅⽴叶变换得到原函数f(x,y):+=?=-dudv vy ux 2i v u F v u F y x f 1)](exp[),()},({),(π(2)在光学系统中处理的是平⾯图形,当光波照明图形时从图形反射或透射出来的光波可⽤空间两维复变函数(简称空间函数)来表⽰。
在这些情况下⼀般都可以进⾏傅⾥叶变换或⼴义的傅⾥叶变换。
普通物理实验光学设计性实验讲义物理学专业用目录光学设计性实验绪论实验一光具组基点的测定。
实验二反射全息。
实验三偏振光分析。
实验四测量空气折射率。
实验五玻璃折射率的测定。
光学设计性实验绪论一、实验教学目的及任务1、实验教学目的光学设计性实验课程是高等院校物理专业最基本的实训研究课,它对于培养学生的动手实践能力,启发学生思维,培养良好的科学素质,及严谨求实的科学作风、创新精神,提高进行科学实验工作的综合能力,包括实际动手能力、分析判断能力、独立思考能力、革新创造能力、归纳总结能力等起着极其重要的作用。
设计性物理实验的教学目的,是在学生具有一定实验能力的基础上,通过独立分析问题、解决问题,使学生把知识转化为能力,为作毕业设计,写科研成果报告和学术论文,作初步训练。
这对激发学生的创造性和深入研究的探索精神,培养科学实验能力,提高综合素质有重要作用。
2、课程的主要任务设计性实验,就是应用物理思想研究合理的实验程序和方法,研究如何合理控制各因素在实验中的条件和参量,以得出最好的测量结果。
设计性实验还研究在各种条件下存在最佳方案的可能性,并研究如何得出最佳方案。
学生做设计性实验是一种创造性劳动,他们必须利用所学的专业知识和实验技能,根据实验任务自己搜集资料,设计实验方案、选配仪器,调节测量完成实验,分析结果,写出报告,整个过程具有一定的探索性。
二、本实验课的基本理论与实验技术知识本实验课的基本理论是光学理论。
实验技术知识包括方案设计、光路设计、仪器选择、步骤安排、参量选取、故障分析、数据处理和结果评论等。
三、实验内容及具体要求1、选择实验项目,了解实验课题,明确工作任务,熟悉仪器。
2、查阅有关资料,画出必要的原理图,推导出有关的理论公式。
通过分析与比较,选择出能够满足实验要求的最佳实验方案。
3、通过对测量仪器和误差传递公式的研究,对实验方法进行分析,确定出最合适的测量方法和测量条件,确定出数据处理方法。
4、写出一份合格的实验设计方案,对实验方法进行分析。
光学郑植仁姚凤凤《光学》教材提纲挈领、深入浅出地讲述了光学的基本概念和基本原理。
《光学习题课教程》是与《光学》教材配套的光学习题课教材,简明地介绍了光学的基本概念和公式,透彻地讲述了光学问题的基本类型和基本解题方法。
给出了《光学》习题的解答以及模拟试题的解答。
人类认识世界的目的归根到底是为了适应世界、进而改造世界,因此学习任何一门知识都应当做到既明白道理又能够解决问题,也就是既要学懂弄通所学知识的基本概念,又要掌握运用基本原理解决相关问题的基本方法。
参考书:(1)《光学》赵凯华、钟锡华编,北京大学出版社(2)《光学》,E. 赫克特等著,人民教育出版社出版(3)《光学》,潘笃武等编著,复旦大学出版社出版(4)《光学》,蔡履中等编著,山东大学出版社出版(5)《现代光学基础》钟锡华编,北京大学出版社学好光学课的重要意义•当今科研前沿的热门学科•光学学科是我校的国家重点学科和博士点•光学课程是光学方面课程的基础启蒙课程如:光学,激光原理与技术,量子光学,信息学光纤光学,集成光学,光谱学,光子开关术全息光存储技术,光纤通信技术原理,非性光学晶体光学,原子光学,光电信号检测技术等光学课的特点内容新:中学学得不多,光学发展很快,新内容不断涌现分支多:几何光学,干涉,衍射,偏振,光与物质的相互作用公式多:大约有200多个公式课程编排特点:重点是物理光学部分(干涉,衍射,偏振)如何学好光学课程•课前预习•按时听课•及时复习•独立完成作业•主动答疑课程安排•光学理论授课•光学习题课•观看光学实验演示绪论一、光学发展的概况人类感官感觉外部世界的总信息量中有90%以上通过眼睛接收光学是一门古老的学科,又是一门新兴的年青学科激光器诞生后,光学开始了迅猛发展,成为科研前沿极为活跃的学科五个时期一、萌芽时期公元前500年‾公元1500年经历大约2000年面镜、眼镜和幻灯等光学元件已相继出现二、几何光学时期1500‾1800,大约300年1、建立了光的反射定律和折射定律,奠定了几何光学的基础2、研制出了望远镜和显微镜等光学仪器3、牛顿为代表的微粒说占据了统治地位4、其对折射定律的解释是错误的三、波动光学时期1800‾1900,近100年1、杨氏利用实验成功地解释了光的干涉象2、惠更斯-菲涅耳原理成功地解释了光的衍射现象3、菲涅耳公式成功地解释了光的偏振现象4、麦克斯韦的电磁理论证明光是电磁波5、傅科的实验证实光在水中传播的速度小于在空气中的传播速度6、波动光学的理论体系已经形成,光的波动说战胜了光的微粒说四、量子光学时期1900‾1950,近50年1、1900年普朗克提出了量子假说,成功地解释了黑体辐射问题2、爱因斯坦提出了光子假说,成功地解释了光电效应问题3、光的某些行为象经典的“波动”4、另一些行为却象经典的“粒子”5、光是一种几率波,又具有可分割性,光具有“波粒二象性”五、现代光学时期从1950年至今1、全息术、光学传递函数和激光的问世是经典光学向现代光学过渡的标志2、光学焕发了青春,以空前的规模和速度飞速发展1)智能光学仪器2)全息术3)光纤通信4)光计算机5)激光光谱学的实验方法等等第1章几何光学1.1几何光学的基本规律1. 几何光学三定律2. 全反射临界角3. 光的可逆性原理4. 三棱镜的最小偏向角1. 几何光学三定律1)光的直线传播定律:光在均匀介质里沿直线传播。
静水流深的光学讲义一、介绍光学是物理学的一个分支,研究光的产生、传播、相互作用以及光学器件的设计和应用。
静水流深的光学讲义旨在深入探讨光学的基本原理和应用,以帮助读者全面了解光学的基础知识和相关领域的最新进展。
二、光的本质2.1 光的波粒二象性光既可以被看作是波动现象,也可以被看作是粒子流动。
这种波粒二象性是光学研究的基础,它使得光既可以解释干涉和衍射等波动现象,也可以解释光电效应和康普顿散射等粒子特性。
2.2 光的传播速度光在真空中的传播速度是一个常数,即光速。
根据爱因斯坦的相对论理论,光速是宇宙中最快的速度,为299,792,458米/秒。
三、光的传播3.1 光的直线传播光在各向同性介质中的传播遵循直线传播的规律。
当光从一个介质进入另一个介质时,会发生折射现象,即光线的传播方向发生改变。
3.2 光的反射和折射光在与界面相交时,会发生反射和折射。
根据斯涅尔定律,入射角、反射角和折射角之间满足一定的关系。
3.3 光的散射光在与物体相互作用时,会发生散射现象。
根据散射的特点,可以分为弹性散射和非弹性散射。
四、光的干涉和衍射4.1 光的干涉当两束光相遇时,它们会发生干涉现象。
干涉可以分为相干干涉和非相干干涉,其中相干干涉是基于光的波动性质的。
4.2 光的衍射当光通过一个小孔或者绕过一个障碍物时,会产生衍射现象。
衍射是光的波动性质的重要表现。
4.3 光的干涉和衍射应用干涉和衍射广泛应用于光学仪器和光学技术中,如干涉仪、衍射光栅和激光等。
五、光的偏振5.1 光的偏振现象光的偏振是指光波中电场矢量振动方向的特性。
偏振光可以分为线偏振光、圆偏振光和椭偏振光。
5.2 光的偏振现象解释光的偏振现象可以通过光的波动理论和光的粒子理论来解释。
5.3 光的偏振应用光的偏振在光学仪器、通信和光学材料等领域有着广泛的应用。
六、光的光谱6.1 光的光谱特性光的光谱是指光在频率或波长上的分布特性。
根据光的频率或波长范围,可以分为可见光谱、红外光谱和紫外光谱等。