一些基本的光学计算公式
1、视场角
θ=2tan-1h/2f
其中，θ为视场角，h为CCD靶面尺寸，f为镜头焦距。
注：各种CCD的靶面尺寸
2、分辨率
g=△L/f
其中，g为象元分辨率，△为CCD象元尺寸，L为目标距镜头的距离，f为镜头焦距。
注：目前可见光摄像机△为几个μm，一般8μm
红外热像仪△为几十个μm。
3、压行
n=H N v f/R D
其中，n为压行数，H为目标高度，N v为垂直分辨率，f为镜头焦距，R为目标距镜头的距离，D为CCD靶面尺寸。从影像上识别一个物体至少需要6个像素
大学物理光学部分有关于明暗的公式及其结论 1．获得相干光的方法 杨氏实验 .......,2,102 2，，=?±== k k D xd λδ 此时P 点的光强极大，会出现明条纹。 ......,2,102)12(，，=?+±==k k D xd λδ此时的光强极小，会出现暗条纹。 或者， d D k x 22λ±= 此时出现明条纹 d D k x 2)12(λ+±= 此时出现暗条纹。 屏上相邻明条纹或者暗条纹的间距为： d D x λ=?。 洛埃镜。半波损失。 2．薄膜等厚干涉。 ○ 1根据光程差的定义有： ??? ????=?+=?=+=相消干涉。相长干涉。,...2,1,2)12(,.....2,1,22222k k k k d n λλλδ ○2劈尖干涉：暗条纹。 明条纹。,...2,1,0,2)12(22,...2,1,2222=?+=+==?=+ =k k d k k d λ λ δλλδ 相邻明条纹或者暗条纹对应的空气层厚度差都等于 2λ 即：21λ =-+k k d d 。则设劈尖的夹角为θ，相邻明纹或者暗纹的间距 a 应满足关系式： 2sin λ θ=a
○ 3牛顿环： 直接根据实验结果的出结论为： ?? ???===?-= 暗条纹明条纹,...3,2,1,0,R ,...3,2,1,2)12(k k r k R k r λλ3.单缝的夫琅禾费衍射 关键词：半波带。注意：半波带的数目可以是整数也可以是非整数。 结论：光源是平行光的单缝夫琅禾费衍射的条纹明暗条件为： 明条纹 ，）（暗条纹 ,...3,2,10,212sin ,...3,2,1,22sin =?+±==?±=k k a k k a λ ?λ ? 特殊地当?=0时，有： ，中央明条纹中心 0sin =?a 当将单缝换做圆孔时，得到中心的明亮光斑为艾里斑，且其半角宽度0?为： D λ??22 .1sin 00=≈ 这一角度也是我们在天文望远镜中的最小 分辨角。
光学练习题 一、 选择题 11. 如图所示，用厚度为d 、折射率分别为n 1和n 2 (n 1＜n 2)的两片透明介质分别盖住杨氏双缝实验中的上下两缝, 若入射光的波长为, 此时屏上原来的中央明纹处被第三级明纹所占 据, 则该介质的厚度为 [ ] (A) λ3 (B) 1 23n n -λ (C) λ2 (D) 1 22n n -λ 17. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片厚度为d 1的透光云母片将双缝装置中的上面一个缝挡住; 再用一片厚度为d 2的透光云母片将下面一个缝挡住, 两云母片的折射率均为n , d 1＞d 2, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距减小 (B) 条纹间距增大 (C) 整个条纹向上移动 (D) 整个条纹向下移动 18. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片能透光的云母片将双缝装置中的上面一个缝盖住, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距增大 (B) 整个干涉条纹将向上移动 (C) 条纹间距减小 (D) 整个干涉条纹将向 下移动 26. 如图(a)所示，一光学平板玻璃A 与待测工件B 之间形成空气劈尖，用波长λ＝500nm(1nm = 10-9m)弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切．则工件的上表面缺陷是 [ ] (A) 不平处为凸起纹，最大高度为500 nm (B) 不平处为凸起纹，最大高度为250 nm (C) 不平处为凹槽，最大深度为500 nm (D) 不平处为凹槽，最大深度为250 nm 43. 光波的衍射现象没有声波显著, 这是由于 [ ] (A) 光波是电磁波, 声波是机械波 (B) 光波传播速度比声波大 (C) 光是有颜色的 (D) 光的波长比声波小得多 53. 在图所示的单缝夫琅禾费衍射实验中，将单缝K 沿垂直光的入射光(x 轴)方向稍微 平移，则 [ ] (A) 衍射条纹移动，条纹宽度不变 (B) 衍射条纹移动，条纹宽度变动 (C) 衍射条纹中心不动，条纹变宽 (D) 衍射条纹不动，条纹宽度不变 K S 1 L L x a E f
第一章光的电磁理论 在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=，（各 量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=，则频率υ= ==×1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s， 初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m，波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 .一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=，Ez=0，求： （1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写 解：（1）振幅A=2V/m ，频率υ=Hz，波长λ==，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振动方向沿y 轴；（3）由B=，可得By=Bz=0，Bx= .一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0，Ex=， 试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解：（1）υ===5×1014Hz； （2）λ=； （3）相速度v=，所以折射率n= 写出：（1）在yoz平面内沿与y轴成θ角的方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由，可得 ； （2）同理：发散球面波 ， 汇聚球面波 。 一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为Hz，电场振幅为m ，如果该电磁波的振动面与xy平面呈45o，试写出E ，B表达式。解：，其中 = = = ， 同理：。 ，其中 = 。 一个沿k方向传播的平面波表示为 E=，试求k 方向的单位矢。 解：， 又， ∴=。
证明当入射角=45o时，光波在任何两种介质分界面上的反射都有。 证明： = === 证明光束在布儒斯特角下入射到平行平面玻璃片的上表面时，下表面的入射角也是布儒斯特角。证明：由布儒斯特角定义，θ+i=90o ， 设空气和玻璃的折射率分别为和，先由空气入射到玻璃中则有，再由玻璃出射到空气中，有， 又，∴， 即得证。 平行光以布儒斯特角从空气中射到玻璃 上，求：（1）能流反射率和；（2）能流透射率和。 解：由题意，得， 又为布儒斯特角，则=.....① ..... ② 由①、②得，，。 （1）0， ， （2）由，可得， 同理，=。 证明光波在布儒斯特角下入射到两种介质的分界面上时，，其中。 证明：，因为为布儒斯特角，所以， =，又根据折射定律，得，则，其中，得证。 利用复数表示式求两个波 和 的合成。 解： = = = =。 两个振动方向相同的单色波在空间某一点产生的振动分别为和 。若Hz，V/m ，8V/m，，，求该点的合振动表达式。 解：= = = =。 求如图所示的周期性三角波的傅立叶分析表达式。解：由图可知， ， =， =）=，（m为奇数），，
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；
第二章光的干涉作业 1、在杨氏干涉实验中，两个小孔的距离为1mm，观察屏离小孔的垂直距离为1m，若所用光源发出波长为550nm和600nm的两种光波，试求： （1）两光波分别形成的条纹间距； （2）两组条纹的第8个亮条纹之间的距离。 2、在杨氏实验中，两小孔距离为1mm，观察屏离小孔的距离为100cm，当用一片折射率为1.61的透明玻璃贴住其中一小孔时，发现屏上的条纹系移动了0.5cm，试决定该薄片的厚度。 3、在菲涅耳双棱镜干涉实验中，若双棱镜材料的折射率为1.52，采用垂直的激光束（632.8nm）垂直照射双棱镜，问选用顶角多大的双棱镜可得到间距为0.05mm 的条纹。 4、在洛埃镜干涉实验中，光源S1到观察屏的垂直距离为1.5m，光源到洛埃镜的垂直距离为2mm。洛埃镜长为40cm，置于光源和屏的中央。（1）确定屏上看见条纹的区域大小；（2）若波长为500nm，条纹间距是多少？在屏上可以看见几条条纹？ 5、在杨氏干涉实验中，准单色光的波长宽度为0.05nm，
平均波长为500nm ，问在小孔S 1处贴上多厚的玻璃片可使P ’点附近的条纹消失？设玻璃的折射率为1.5。 6、在菲涅耳双面镜的夹角为1’，双面镜交线到光源和屏的距离分别为10cm 和1m 。设光源发出的光波波长为550nm ，试决定光源的临界宽度和许可宽度。 7、太阳对地球表面的张角约为0.0093rad ，太阳光的平均波长为550nm ，试计算地球表面的相干面积。 8、在平行平板干涉装置中，平板置于空气中，其折射率为1.5，观察望远镜的轴与平板垂直。试计算从反射光方向和透射光方向观察到的条纹的可见度。 9、在平行平板干涉装置中，若照明光波的波长为600nm ，平板的厚度为 2mm ，折射率为 1.5，其下表面涂上高折射率（1.5）材料。试问：（1）在反射光方向观察到的干涉圆环条纹的中心是亮斑还是暗斑？（2）由中心向外计算，第10个亮环的半径是多少？（f=20cm ）（3）第10个亮环处的条纹间距是多少？ P P ’
◆振动与波动（预备知识）
1．电磁波是横波。E矢量和B（H）矢量互相垂直,且都垂直于传播方向。E×H 的方向为波的传播方向。 2．E矢量和B（H）矢量在各自的平面上振动，位相相同。 √ε E=√μ H，B=μH 3．电磁波的传播速度 u=1/√εμ 真空中，C =1/√ε 0μ =3×108（米/秒）
◆第一章和第二章（波动光学）小结 一．基本概念 1．光程——光在媒质走过的几何路程与媒质折射率的乘积。 2．半波损失——当光从光疏媒质入射到光密媒质时，反射光存在位相突变（改变了π），相当于多走了半个波长的光程，称为半波损失。3．相干光的三个条件——振动方向相同、振动频率相同、初位相差恒定。4．位相差与光程差的关系ΔΦδ ——= ——，Δφ= 2kπ, δ=kλ, 加强 2πλΔφ=( 2k+1)π, δ=(2k+1)λ/2,减弱5. 惠更斯--菲涅耳原理
条纹特点 中央明条纹的宽 度是其它明条纹宽 度的二倍。 明暗相间的等间 距的条纹。 明条纹（主极大） 细而亮，两个主极大之 间一片暗区。 几何关系 y b sin θ=btg θ=b — f 2 y dsin θ=dtg θ=d — r 0 y tg θ= — f 2 会计算： 中央明条纹的宽度； 暗纹位置； 白光形成的条纹。 会计算： 条纹间距； 条纹位置； 光程差变化引起的条纹移动； 白光形成的条纹。 会计算： 明纹位置； 最高级次； 缺级现象；(p99) 白光形成的条纹。 四.菲涅耳圆孔和圆屏衍射（半波带法） （p72） 1. 菲涅耳圆孔衍射 理解半波带法 O 为点光源，P 为观察点 (p75) k 为半波带的数目 R r r R R k h 002)(λ+= 如果用平行光照射圆孔，R = ∞ 2r R k h λ=
第十七章 光的干涉 一. 选择题 1．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的均匀透明介质中从A 沿某一路径传播到B ，若A ，B 两点的相位差为3π，则路径AB 的长度为：（ D ） A. 1.5λ B. 1.5n λ C. 3λ D. 1.5λ/n 解： πλπ ?32==?nd 所以 n d /5.1λ= 本题答案为D 。 2．在杨氏双缝实验中，若两缝之间的距离稍为加大，其他条件不变，则干涉条纹将 （ A ） A. 变密 B. 变稀 C. 不变 D. 消失 解：条纹间距d D x /λ=?，所以d 增大，x ?变小。干涉条纹将变密。 本题答案为A 。 3．在空气中做双缝干涉实验，屏幕E 上的P 处是明条纹。若将缝S 2盖住，并在S 1、S 2连线的垂直平分面上放一平面反射镜M ，其它条 件不变(如图)，则此时 ( B ) A. P 处仍为明条纹 B. P 处为暗条纹 C. P 处位于明、暗条纹之间 D. 屏幕E 上无干涉条纹 解 对于屏幕E 上方的P 点，从S 1直接入射到屏幕E 上和从出发S 1经平面反射镜M 反射后再入射到屏幕上的光相位差在均比原来增π，因此原来是明条纹的将变为暗条纹，而原来的暗条纹将变为明条纹。故本题答案为B 。 4．在薄膜干涉实验中，观察到反射光的等倾干涉条纹的中心是亮斑，则此时透射光的等倾干涉条纹中心是（ B ） A. 亮斑 B. 暗斑 C. 可能是亮斑，也可能是暗斑 D. 无法确定 解：反射光和透射光的等倾干涉条纹互补。 本题答案为B 。 5．一束波长为λ 的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为 ( B ) A. λ/4 B. λ/ (4n ) C. λ/2 D. λ/ (2n ) 6．在折射率为n '=1.60的玻璃表面上涂以折射率n =1.38的MgF 2透明薄膜，可以减少光的反射。当波长为500.0nm 的单色光垂直入射时，为了实现最小反射，此透明薄膜的最小厚度为（ C ） A. 5.0nm B. 30.0nm C. 90.6nm D. 250.0nm 选择题3图
3.13 波长为589.3nm 的钠黄光照在一双缝上，在距离双缝100cm 的观察屏上测量20个条纹共宽2.4cm,试计算双缝之间的距离。 解：设孔距l ，观测屏到干涉屏的距离为d ，条纹间距为e,所用光波的波长为λ； 条纹间距24 1.220mm l mm = = 根据d e l λ=可知：589.310.491.2d nm m l mm e mm λ?= == 3.18 在菲涅尔双面镜试验中，若单色光波长为500nm ，光源和观测屏到双面镜棱线的距离 分别为0.5m 和1.5m ，双面镜的夹角为10-3弧度：（1）、求观察屏上条纹间距。（2）、问观察屏上最多可以看到多少条两纹。 菲涅耳双面镜 l 解：根据已知条件， 条纹间距等于()933 500100.5 1.51101220.510 d e m mm s λα---??+===?=?? 能看到条纹的区域为P1P2，设反射镜棱至观察屏的距离为B 可以看出 ()312 102tan 2 1.5tan 1800.00333.1415926PP B m mm α-?? ==???== ??? 可看到条纹数：12 331 PP N e = == 3.21 在很薄的楔形玻璃板上用垂直入射光照射，从反射光中看到相邻暗纹的间隔为5mm ， 已知光的波长为580nm ，波的折射率为1.5mm ，求楔形角。 解：相邻条纹的间距2e n λ θ ≈ 知： 953 58010 3.861022 1.5510m rad ne m λ θ---?≈==???? 3.24 为了测量一条细金属丝的直径，可把它夹在两块玻璃片的一段，如图所示，测得亮条
v= 物理光学习题 第一章波动光学通论 、填空题(每空 2分) 1、. 一光波在介电常数为￡,磁导率为卩的介质中传播，则光波的速 度 【V 1】 【布儒斯特角】 t ],则电磁波的传播方 向 ____________ 。电矢量的振动方向 _______________ 【x 轴方向 y 轴方向】 4、 在光的电磁理论中，S 波和P 波的偏振态为 __________ ，S 波的振动方向为 ______ ， 【线偏振光波 S 波的振动方向垂直于入射面】 5、 一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，两个偏振片的透振方向夹角为 45°则通 过两偏振片后的光强为 ____________ 。 【I 0/4】 6、 真空中波长为入。、光速为c 的光波，进入折射率为 n 的介质时，光波的时间频率和波长 分别为 ______ 和 ________ 。 【c/入o 入o /n 】 7、 证明光驻波的存在的维纳实验同时还证明了在感光作用中起主要作用是 __________ 。 【电场E 】 &频率相同，振动方向互相垂直两列光波叠加，相位差满足 _____________ 条件时，合成波为线偏 振光波。 【0或n 】 9、 会聚球面波的函数表达式 ____________ 。 A -ikr 【E(r) e 】 r 10、 一束光波正入射到折射率为 1.5的玻璃的表面，则 S 波的反射系数为 _____________ , P 波 2、一束自然光以 入射到介质的分界面上，反射光只有 S 波方向有振动。 13 10 3、一个平面电磁波波振动表示为 E x =E z =0, E y =cos[2
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.
习题13 13.1选择题 （1）在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是[ ] (A) 使屏靠近双缝． (B) 使两缝的间距变小． (C) 把两个缝的宽度稍微调窄． (D) 改用波长较小的单色光源． [答案：C] （2）两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射．若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的[ ] (A) 间隔变小，并向棱边方向平移． (B) 间隔变大，并向远离棱边方向平移． (C) 间隔不变，向棱边方向平移． (D) 间隔变小，并向远离棱边方向平移． [答案：A] （3）一束波长为λ的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为[ ] (A) λ / 4 ． (B) λ / (4n )． (C) λ / 2 ． (D) λ / (2n )． [答案：B] （4）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n ，厚度为d 的透明薄片，放入后，这条光路的光程改变了[ ] (A) 2 ( n -1 ) d ． (B) 2nd ． (C) 2 ( n -1 ) d +λ / 2． (D) nd ． (E) ( n -1 ) d ． [答案：A] （5）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n 的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长λ，则薄膜的厚度是 ［ ］ (A) λ / 2 ． (B) λ / (2n )． (C) λ / n ． (D) λ / [2(n-1)]． [答案：D] 13.2 填空题 （1）如图所示，波长为λ的平行单色光斜入射到距离 为d 的双缝上，入射角为θ．在图中的屏中央O 处 (O S O S 21=)，两束相干光的相位差为 ________________． [答案：2sin /d πθλ] （2）在双缝干涉实验中，所用单色光波长为λ＝562.5 nm (1nm ＝10-9 m)，双缝与观察屏的距离D ＝1.2 m ，若测得屏上相邻明条纹间距为?x ＝1.5 mm ，则双缝的间距d ＝
第一章 波动光学通论 作业 1、已知波函数为：?? ? ???-?=-t x t x E 157 105.11022cos 10),(π，试确定其速率、波长和频率。 2、有一张0=t 时波的照片，表示其波形的数学表达式为 ?? ? ??=25sin 5)0,(x x E π。如果这列波沿负 x 方向以2m/s 速率运动， 试写出s t 4=时的扰动的表达式。 3、一列正弦波当0=t 时在0=x 处具有最大值，问其初位相为多少？ 4、确定平面波：?? ? ??-+ + =t z k y k x k A t z y x E ω14314 214 sin ),,,(的传播方向。 5、在空间的任一给定点，正弦波的相位随时间的变化率为 s rad /101214?π，而在任一给定时刻，相位随距离 x 的变化是 m rad /1046?π。若初位相是 3 π ，振幅是10且波沿正x 方向前进， 写出波函数的表达式。它的速率是多少？ 6、两个振动面相同且沿正x 方向传播的单色波可表示为： )](sin[1x x k t a E ?+-=ω，]sin[2kx t a E -=ω，试证明合成波的表达式可 写为?? ??? ???? ? ??+-?? ? ???=2sin 2cos 2x x k t x k a E ω。 7、已知光驻波的电场为t kzcoa a t z E x ωsin 2),(=，试导出磁场),(t z B 的表达式，并汇出该驻波的示意图。
8、有一束沿z 方向传播的椭圆偏振光可以表示为 )4 cos()cos(),(00π ωω--+-=kz t A y kz t A x t z E 试求出偏椭圆的取向 和它的长半轴与短半轴的大小。 9、一束自然光在30o 角下入射到空气—玻璃界面，玻璃的折射率n=1.54，试求出反射光的偏振度。 10、过一理想偏振片观察部分偏振光，当偏振片从最大光强方位转过300时，光强变为原来的5／8，求 (1)此部分偏振光中线偏振光与自然光强度之比； (2)入射光的偏振度； (3)旋转偏振片时最小透射光强与最大透射光强之比； (4)当偏振片从最大光强方位转过300时的透射光强与最大光强之比． 11、一个线偏振光束其E 场的垂直于入射面，此光束在空气中以45o 照射到空气玻璃分界面上。假设n g =1.6，试确定反射系数和透射系数。 12、电矢量振动方向与入射面成45o 的线偏振光入射到两种介质得分界面上，介质的折射率分别为n 1=1和n 2=1.5。（1）若入射角为50o ，问反射光中电矢量与入射面所成的角度为多少？（2）若入射角为60o ，反射光电矢量与入射面所成的角度为多少？ 13、一光学系统由两片分离的透镜组成，两片透镜的折射率分别为1.5和1.7，求此系统的反射光能损失。如透镜表面镀
第三章 高斯光束基本理论 激光由于其良好的方向性、单色性、相干性和高亮度在军事中在已经有了很多应用，激光器发出的光束是满足高斯分布的，因而本章将对高斯光束的基本特性和一些参数进行简单地理论描述。 高斯光束及基本参数 激光器产生的光束是高斯光束。高斯光束依据激光腔结构和工作条件不 同，可以分为基模高斯光束、厄米分布高阶模高斯分布、拉盖尔分布高阶模高斯 分布和椭圆高斯光束等。激光雷达常常使用激光谐振腔的最低阶模00TEM 模。 高斯光束的分布函数： )exp(),(22 0a r I a r I -= (3-1) 从激光谐振腔发出的模式辐射场的横截面的振幅分布遵守高斯分布，即光能量遵守高斯分布，但是高斯光束不是严格的电磁场方程解，而是赫姆霍兹方程在缓变振幅近似下的一个特解，它可以很好地描述基模激光光束的性质。稳态传输电磁场满足赫姆霍兹方程： ()0,,),,(2=+?z y x E k z y x E （3-2） 式中),,(z y x E 与电场强度的复数表示),,,(t z y x E 间有关系： )ex p(),,(),,,(t i z y x E t z y x E ω= （3-3） 高斯光束不是式子(2-3)的精确解，而是在缓变振幅近似下的一个特解。得到 2 20 U(,)exp()11r U r z iz iz Z Z ω= --- （3-4） 是赫姆霍兹方程在缓变振幅近似下的一个特解 ，它可以变形为基模高斯光束的 场强度复振幅的表达式： 2222002(x,y,z)exp exp (z)(z)(z)2(z)x y x y U U i k z R ω?ωω????????++?? =-+-???? ??? ?????????? （3-5） 其中的(z)ω为振幅衰减到中心幅值1/e 时的位置到光束中心的距离，称为光束在
大学物理光学部分必须熟 记的公式很容易混淆哦 Modified by JEEP on December 26th, 2020.
大学物理光学部分有关于明暗的公式及其结论 1．获得相干光的方法 杨氏实验 .......,2,102 2，，=?±== k k D xd λδ 此时P 点的光强极大，会出现明条纹。 ......,2,102)12(，，=?+±==k k D xd λδ此时的光强极小，会出现暗条纹。 或者， d D k x 22λ±= 此时出现明条纹 d D k x 2)12(λ+±= 此时出现暗条纹。 屏上相邻明条纹或者暗条纹的间距为：d D x λ=?。 洛埃镜。半波损失。 2．薄膜等厚干涉。 ○ 1根据光程差的定义有： ○2劈尖干涉：暗条纹。 明条纹。 ,...2,1,0,2)12(22,...2,1,2222=?+=+==?=+ =k k d k k d λ λ δλ λδ 相邻明条纹或者暗条纹对应的空气层厚度差都等于 2λ 即：21λ =-+k k d d 。则设劈尖的夹角为θ，相邻明纹或者暗纹的间距 a 应满足关系式： 2sin λ θ=a
○ 3牛顿环： 直接根据实验结果的出结论为： ?????===?-= 暗条纹明条纹,...3,2,1,0,R ,...3,2,1,2)12(k k r k R k r λλ 3.单缝的夫琅禾费衍射 关键词：半波带。注意：半波带的数目可以是整数也可以是非整数。 结论：光源是平行光的单缝夫琅禾费衍射的条纹明暗条件为： 明条纹 ，）（暗条纹 ,...3,2,10,212sin ,...3,2,1,22sin =?+±==?±=k k a k k a λ ?λ ? 特殊地当?=0时，有： 当将单缝换做圆孔时，得到中心的明亮光斑为艾里斑，且其半角宽度0?为： D λ ??22.1sin 00=≈ 这一角度也是我们在天文望远镜中的最小分辨角。
物理光学作业参考答案 [13-1] 波长nm 500=λ的单色光垂直入射到边长3cm 的方孔，在光轴（它通过孔中心并垂直孔平面）附近离孔z 处观察衍射，试求出夫琅和费衍射区的大致范围。 解：夫琅和费衍射条件为： π<<+z y x k 2)(max 2121 即： m nm y x z 900109.0500 )1015()1015()(122626max 2121=?=?+?=+>> λ [13-3]平行光斜入射到单缝上，证明：（1）单缝夫琅和费衍射强度公式为 2 0)s i n (s i n )]sin (sin sin[??? ???? ???????--=i a i a I I θλπθλπ 式中，0I 是中央亮纹中心强度；a 是缝宽；θ是衍射角，i 是入射角（见图）。 证明：（1 缝上任意点Q 的位矢： 单逢上光场的复振幅为： 因此，观察面上的夫琅和费衍射场为： （其中： ） ) cos ,0,(sin i i k k = )0,,(11y x r = 1sin 1)(~x i ik r k i Ae Ae x E ??== ) sin (sin )]sin (sin sin[)(~1)(~)2(1 1 22)sin (sin )2(11sin 22 sin )2(11221)2(1121 12 11 112111 121i a i a ae z A dx e e z i A dx e e e z i A dx e x E e z i x E z x z ik a a x i ik z x z ik x ik a a x i ik z x z ik x z x ik a a z x z ik --====+---+?--?+--+? ?? θλ πθλπλλλλθθθsin 1≈z x
大学光学知识点归纳总结 光学是物理学的重要分支学科。也是与光学工程技术相关的学科。下面,XX为大家分享光学知识点总结,希望对大家有所帮助! 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×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 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) 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
第一章光的电磁理 论 1.1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=(102)Cos[π× 1014(t?x c )+π 2 ]，（各 量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=(102)Cos[π× 1014(t?x c )+π 2 ]，则频 率υ= ω 2π =π×10 14 2π =0.5× 1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m， 波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=2Cos[2π×1014(z c ?t)+π 2 ]，Ez=0，求：（1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？ 解：（1）振幅 A=2V/m，频率υ=ω 2π = 2π×1014 2π =1014Hz，波长 λ=c υ =3×108 10 =3×
10?6m ，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z 轴，振动方向沿y 轴；（3）由B =1 c (e k ???? ×E ? )，可 得By=Bz=0，Bx=2 c Cos [2π×1014(z c ? t)+π 2] 1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0， Ex=102Cos [π× 10 15 (z 0.65c ?t)]，试 求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解： （1） υ =ω 2π= π×1015 2π =5×1014 Hz ； （2）λ= 2πk = 2ππ×10/0.65c =2×0.65×3×108 1015 m = 3.9×10?7m =390nm ； （3）相速度v=0.65c ，所以折射率n=c v =c 0.65c ≈1.54 1.4写出：（1）在yoz 平面内沿与y 轴成θ角的k ? 方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由E ?=A ? exp(ik ? ?r ? )，可得E ?=A ? exp?[ik (ycosθ+zsinθ)]； （2）同理：发散球面波E ?(r ，t)=A r exp?(ikr )=
本复习资料专门针对中北大学五院《物理光学与应用光学》石顺祥版教材，共有选择、填空、简答、证明、计算五个部分组成，经验证命中率很高，80分左右，不过要注意，证明题可能变成计算题，填空题变成选择题。 1、在双轴晶体中，为什么不能采用o 光与e 光的称呼来区分两个正交线偏正光？当波矢k 沿着除两个光轴和三个主轴方向传播时，过折射率椭球中心且垂直于k 的平面与折射率椭球的截线均为椭圆，这些椭圆不具有对称性，相应的两个线偏振光的折射率都与k 的方向有关，这两个光均为非常光。故在双轴晶体中，不能采用o 光与e 光的称呼来区分两个正交线偏正光。 2、简述折射率椭球的两个重要性质？折射率椭球方程是？ 折射率椭球的两个重要性质：①与波法线k 相应的两个特许折射率n '和n '',分别等于这个椭圆的两个主轴的半轴长。②与波法线k 相应的两个特许偏振光D 的振动方向d '和d ''，分别平行于r a 和r b 。折射率椭球方程：123 2322222121=++n x n x n x 3、什么是“片堆”？简述利用“片堆”产生线偏振光的工作过程？片堆是由一组平行平面玻璃片叠加在一起构成的，将一些玻璃放在圆筒内，使其表面法线与圆筒轴构成布儒斯特角。工作过程：当自然光沿圆筒轴以布儒斯特角入射并通过片堆时，因透过片堆的折射光连续不断地以相同的状态入射和折射，每通过一次界面，都从折射光中反射部分垂直纸面的振动分量，最后使通过片堆的透射光接近为一个平行入射面振动的线偏振光。 4、散射的分类:根据散射光波矢k 和波长变化与否可分为两种： 散射光波矢k 变化，但波长不变的散射有（瑞利散射、米氏散射、分子散射）；散射光波矢k 和波长均变化的散射/光的方向相对于入射光改变而波长也改变的散射有（喇曼散射、布里渊散射）； 5、什么是基模高斯光束及其特性?：高斯光束：由激光器产生的激光既不是均匀平面光波也不是均匀球面波，而是振幅和等相位面都在变化的高斯球面光波，简称高斯光束。基模高斯光束：波动方程在激光器谐振腔边界下的一种特解，以z 轴为柱对称，其表达式内包含有z ，且大体沿着z 轴的方向传播。基模高斯光束的特性：基模高斯光束在其传播轴线附近可以看做是一种非均匀的球面波，其等相位面是曲率中心不断变化的球面，振幅和强度在横截面内保持高斯分布。 6、什么是消失波及消失波的特点？ 消失波：在发生全反射时，光波场透入到第2个介质很薄的一层波，是一个沿着垂直界面的方向振幅衰减，沿着界面方向传播的一种非均匀波，称为消失波。消失波的特点：①消失波是一种沿x 轴方向传播的行波，相速度1 2sin θνn ②消失波振幅沿着界面的法线方向按指数方式衰减③等相面上沿z 方向各点的振幅不相等，消失波是一种非均匀的平面波。另外，由菲涅耳公式可以证明，消失波电矢量在传播方向的分量E2x 不为0，说明消失波不是一种横波。 ④由光密介质射向光疏介质的能量入口处和返回能量的出口处不在同一点，相隔大约半个波长，在入射面内存在一个横向位移，此位移为古斯-汉欣位移。 7、正常色散的定义及正常色散的曲线特点：折射率随着波长增加而减小的色散，特点：①波长愈短，折射率愈大；②波长愈短，折射率随波长的变化率愈大，即色散率愈大；③波长一定，折射率愈大的材料，其色散率也愈大，不同物质的色散曲线没有简单的相似关系。 8、孔脱定理：反常色散总是与光的吸收有密切联系，任何物质在光谱某一区域内如有反常色散，则在这个区域的光被强烈地吸收，在靠近吸收区处，折射率的变化非常快，而且在波长较长的一边的折射率比在波长较短的一边的折射率大很多,在吸收区内折射率随波长增大而增大。 9、几种线偏振光的标准的归一琼斯矢量是什么？右旋椭圆偏振光和左旋椭圆偏振光及其琼斯矢量的表示式？ x 方向振动的线偏振光：??????01 ；y 方向振动的线偏振光：?? ????10；
第十一单元光的性质一、知识结构 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 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