工程光学第三版下篇物理光学样本
大学物理(第三版)光学第3章
光学平板玻璃
待测平面
b
a
h
ek
e k 1
e
h
a b
e k : k级条纹对应的正常空气膜厚度
由相似三角形关系
h e a b
e k 1 : k+1级条纹对应的正常空气膜厚度
b是条纹间隔 a是条纹弯曲深度 e 表示相邻两条纹对应的空气膜厚度差
h 为纹路深度
对空气膜 e / 2 a h 则 2b
2.光程差
光程差为两束光的光程之差。
L 2 - L1
3.光程差与相位差的关系
光程差每变化一个波长，相位差变化 2 光程差为 ，相位差为 ； 光程差与相位差的关系为：
2
则相位差为： 2
四 、干涉加强减弱条件 两束单色光相干时，光程差满足：
高能级E2 低能级E1 光子
注意
1.原子发光是断续的、随机的，每次发光持 续约10-8秒。产生长度有限的一个波列。 2.各原子发光相互独立，振动方向和初相各不 相同，各波列之间不相干。
两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象， 即使是同一个单色光源的两部分发出的光，也 不能产生干涉。
无干涉现象
1. 普通光源：自发辐射
2 n 2 d cos r
2 k
( k 1 ,2 )
加强
第四节 等厚干涉 劈尖、牛顿环
等厚干涉：在同一干涉条纹下薄膜厚度相 同。
一、劈尖 用单色平行光垂 直照射玻璃劈尖，由 于在同条纹下的薄膜 厚度相同，形成干涉 条纹为平行于劈棱的 一系列等厚干涉条纹。
很小
一束光线经过介质薄膜的反射与折射， 形成的两束光线产生干涉的方法为分振幅 法。如薄膜干涉、等厚干涉等。
物理光学与应用光学第三版第10章 光学仪器的基本原理
第 10 章 光学仪器的基本原理
4. 辐射体的光通量与辐射通量之比称为光源的发光效率，以 η表示为
Φ Φe
C
0VΦed
0Φed
(10.1-4)
发光效率值代表了光源每瓦辐射通量所能产生的光通量流 明数，因此它是表征光源质量的重要指标之一。实际计算辐射 通量比较困难，所以对于由电能转换为光能的电光源，直接 用光源的耗电功率代替辐射通量，于是光源的发光效率为
dΦIdIcro2 sdS
从而在面元上的照度为
EddΦSIcr2os
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(10.1-13)
第 10 章 光学仪器的基本原理
图10-3 点源对小面元的照度
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第 10 章 光学仪器的基本原理 即点光源照射一个小面元时，面元的光照度与点光源的发光强 度成正比，与点光源到面元的距离平方成反比，并与面元法线 与照射光束方向的夹角的余弦成正比。垂直照射时(θ＝0)，光 照度最大，掠射时(θ＝90°)，光照度为零。地球表面受到太阳 的照射，可以将太阳看做一个点光源，在正午时是垂直照射， 所以照度大，地面温度高； 在早晨和傍晚照射的角度大，所以
当光源为一个面光源时，显然光源面积越大，对于同样的 物体的照度越大。这时将面光源可以看做许多小的面光源的组 合，不考虑光的相干性，则像面上总的照度为各个面光源在像 面上照度的代数和，所以我们主要考虑一个小的面光源对于一
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第 10 章 光学仪器的基本原理
如图10-4所示，亮度为L的面光源dS1和物面dS2相距为r，它 们中心的连线与dS1和dS2的法线的夹角依次为θ1和θ2，dS2对dS1 中心张的立体角为dω1，根据亮度的定义，由dS1发出到达dS2上 的光通量为
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第 10 章 光学仪器的基本原理
工程光学第三版课后答案
第一章2、已知真空中的光速c ＝3*108m/s ，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的 光速。
解：则当光在水中，n=1.333 时，v=2.25*108m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51 时，v=1.99*108m/s, 当光在火石玻璃中，n ＝1.65 时，v=1.82*108m/s ， 当光在加拿大树胶中，n=1.526 时，v=1.97*108m/s ， 当光在金刚石中，n=2.417 时，v=1.24*108m/s 。
3、一物体经针孔相机在屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向 不变，令屏到针孔的初始距离为x ，则可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm 。
4、一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm 的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？ 解：令纸片最小半径为x,则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为：(1) 其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：(2)联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm ， 所以纸片最小直径为358.77mm 。
8、.光纤芯的折射率为1n ，包层的折射率为2n ，光纤所在介质的折射率为0n ，求光纤的数值孔径（即10sin I n ，其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
工程光学第三版下篇物理光学第九章光的电磁理论基础课后习题答案
第九章光的电磁实际根底zc141.一个立体电磁波能够表现为E0,E2cos[2 10( t)],E0,求(1)该 z2x y电磁波的频率、波长、振幅跟原点的初相位？〔２〕拨的传达偏向跟电矢量的振动偏向？ 〔３〕响应的磁场Ｂ的表白式？ z 解：〔1〕立体电磁波EAcos[2(t) , ] c146310m 。
对应有A2,10Hz,2〔2〕波传达偏向沿z 轴，电矢量振动偏向为 y 轴。
B 与E 垂直，传达偏向一样，∴ByBz0〔3〕 8EyCEy610[21014(zcBxt) ] 2z E y 0,E0,E10cos1015( 2t)，２.在玻璃中传达的一个线偏振光能够表现z x0.65c试求〔1〕光的频率跟波长；〔2〕玻璃的折射率。
z z 2 15解：〔1〕EAcos[2(t) ]10cos[10( t)]c 0.65c1514∴210v510Hz72/k2/0.65c3.910mncv31081.54c〔2〕n3.910751014n3.在与一平行光束垂直的偏向上拔出一片通明薄片， 薄片的厚度h0.01mm ,折射率n=1.5,假定光波的波长为500nm ,试盘算通明薄片拔出前后所惹起的光程跟相位的变更。
解：光程变更为(n1)h0.005mm0.0051062 500相位变更为2 20(rad)4.地球外表每平方米接纳到来自太阳光的功率为 1.33kw,试盘算投射到地球外表的太阳光的电场强度的巨细。
假定太阳光收回波长为 600nm 的单色光。
1 21 2 IA 2cA 2 0解：∵1 22I 3∴A()10v/mc 085.写出立体波E100exp{i[(2x3y4z)1610t]}的传达偏向上的单元矢量 k。
解：∵EAexp[i(kr t)]krkxkykz xyzk x 2,k y 3,k4zkkxkykz2x3y4z 0 x 0 y 0 z 0 0 02 3 4 k 0x 0y 0z 02929296.一束线偏振光以45度角从氛围入射到玻璃的界面， 线偏振光的电矢量垂直于入射面，试求反射系数跟透射系数。
《工程光学》物理光学参考答案3
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<<+zy x k2)(max2121 即： m nm y x z 900109.0500)1015()1015()(122626max2121=⨯=⨯+⨯=+>>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20)s i n (s i n )]sin (sin sin[⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=i a i a I I θλθλπ 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 rk i Ae Ae x E ⋅⋅== )sin (sin )]sin (sin sin[)(~1)(~)2(1122)sin (sin )2(11sin 22sin )2(11221)2(11211211112111121i 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 az x z ik --====+---+⋅--⋅+--+⎰⎰⎰θλπθλπλλλλθθθsin 1≈z x所以，观察面上的光强分布为：式中：（2）第一暗点位置：[13-4]在不透明细丝的夫琅和费衍射图样中，测得暗条纹的间距为1.5mm ，所用透镜的焦距为30mm ，光波波长为632.8nm 。
大学工程光学课件
光学微纳加工技术
通过微纳加工技术制造微小尺度的光学元件 ，实现高精度、高效率的光学系统。
光学传感技术
利用光学原理对物理量进行测量，具有高精 度、高灵敏度的特点。
工程光学发展趋势预测与展望
集成化与智能化
多学科交叉融会
随着微纳加工技术的发展，工程光学将更 加重视元件的集成化和智能化，提高系统 的性能和效率。
光的本质与传播特性
光的本质
光是一种电磁波，具有波粒二象 性。其波动性质表现为光的干涉 、衍射等现象，粒子性质则体现 为光电效应等。
光的传播特性
光在均匀介质中沿直线传播，遇 到不同介质界面时会产生反射、 折射等现象。
光的反射、折射与干涉
光的反射
光在遇到物体表面时，会改变传 播方向并返回原介质的现象。反 射过程中遵循反射定律，即入射
工程光学在各领域的应用
航空领域
用于飞机导航、着 陆系统、气象观测 等。
能源领域
用于太阳能电池板 、风力发电叶片的 检测与设计等。
国防领域
用于制造精确的武 器瞄准系统、夜视 仪等。
航天领域
用于卫星通讯、空 间探测、天文观测 等。
通讯领域
用于光纤通讯、光 交换、光网络等。
CHAPTER 02
光学基础知识
光的吸取、散射与色散
01 02
光的吸取
光在传播过程中被物质吸取转化为热能或其他情势能量的现象。不同物 质对不同波长光的吸取程度不同，因此可以利用这一特性进行光谱分析 等。
光的散射
光在传播过程中遇到微小颗粒时，产生散射的现象。散射程度与颗粒大 小和入射光的波长有关，可以利用这一现象进行大气污染检测等。
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工程光学第三版课后答案
一2、已知真空中的光速c ＝3*108m/s ，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的 光速。
解：则当光在水中，n=1.333 时，v=2.25*108m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51 时，v=1.99*108m/s, 当光在火石玻璃中，n ＝1.65 时，v=1.82*108m/s ， 当光在加拿大树胶中，n=1.526 时，v=1.97*108m/s ， 当光在金刚石中，n=2.417 时，v=1.24*108m/s 。
3、一物体经针孔相机在屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向 不变，令屏到针孔的初始距离为x ，则可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm 。
4、一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm 的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？ 解：令纸片最小半径为x,则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为：(1) 其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：(2)联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm ， 所以纸片最小直径为358.77mm 。
8、.光纤芯的折射率为1n ，包层的折射率为2n ，光纤所在介质的折射率为0n ，求光纤的数值孔径（即10sin I n ，其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
《工程光学》-物理光学-课件资料
m 2 1 波节的位置： kz ( m－ ) 2 2 波腹的位置： kz
第五节 光波的叠加 四、两个频率相同、振动方向互相垂直的单色光波的叠加
Ex ＝a1 cos(kr ＝a2 cos(kr2 t ) 1 t )，Ey E＝x0 Ex ＋y0 Ey＝x0a1 cos(1 t ) ＋y0a2 cos(2 t )
第一节 光的电磁性质 （一）波动方程的平面波解
z z z z E＝f1 ( t ) f 2 ( t ) f1 和 f2 是以( t )和( t ) v v v v z z 为变量的任意函数。 B＝f1 ( t ) f 2 ( t ) v v z z f1 ( －t )表示沿 z轴正向传播， f 2 ( ＋t )表示沿 z轴负向传播。 v v z 取正向传播：E＝ f1 ( t ) －－行波的表示式。 v 源点的振动经过一定的时间 z B＝f1 ( t ) 推迟才传播到场点。 v
复振幅：只关心光波在 空间的分布。
y
r s=r k
o
z
第一节 光的电磁性质 （三）平面电磁波的性质
1、横波特性：电矢量和磁矢量的方向均垂直于波的传播
方向。
2、E、B、k互成右手螺旋系。 1 B ( k0 E ) ( k0 E ) v 3、E和B同相位
E 1 v B
第一节 光的电磁性质 三、球面波（点光源）和柱面波（线光源） A 1、球面波 E＝ exp[i( kr t )] r ~ A 发散的球面波： E ＝ e xp( ikr ), r ~ A 会聚的球面波： E ＝ e xp(ikr ) r A i( kr t )] 2、柱面波 E＝ e xp[ r ~ A 发散的柱面波： E＝ e xp( ikr ), r ~ A 会聚的柱面波： E＝ e xp(ikr ) r
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第十一章光的电磁理论基础
(1)该磁波的频率、波长、振幅和原点的初相位? ( ２) 拨的传播方向和电
矢量的振动方向? ( ３) 相应的磁场Ｂ的表示式?
２. 在玻璃中传播的一个线偏振光能够表示
璃的折射率。
4.在与一平行光束垂直的方向上插入一片透明薄片, 薄片的厚度0.01
=,折
h mm
λ=,试计算透明薄片插入前后所引起的光程射率n=1.5,若光波的波长为500nm
和相位的变化。
6. 写出平面波8
=++-⨯的传播方向上的单位矢量
E i x y z t
100exp{[(234)1610]}
k。
7. 一束线偏振光以45度角从空气入射到玻璃的界面, 线偏振光的电矢量垂直于入射面, 试求反射系数和透射系数。
设玻璃折射率为1.5。
8. 太阳光( 自然光) 以60度角入射到窗玻璃( n=1.5) 上, 试求太阳光的透射比。
11. 电矢量方向与入射面成45度角的一束线偏振光入射到两介质的界面上, 两介质的折射率分别为121, 1.5n n ==, 问: 入射角150θ=度时, 反射光电矢量的方位角( 与入射面所成的角) ? 若160θ=度, 反射光的方位角又为多少?
12. 光束入射到平行平面玻璃板上, 如果在上表面反射时发生全偏振, 试证明折射光在下表面反射时亦发生全偏振。
11. 光束垂直入射到45度直角棱镜的一个侧面, 并经斜面反射后由底二个侧面射出( 见图10-40) , 若入射光强为0I , 求从棱镜透过的出射光强I? 设棱镜的折射率为1.52, 且不考虑棱镜的吸收。
14. 一个光学系统由两片分离透镜组成, 两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。
如透镜表面镀上曾透膜, 使表面反射比降为0.01, 问此系统的光能损失又为多少? 设光束以接近正入射经过各反射面。
16. 线偏振光在玻璃-空气界面上发生全反射, 线偏振光的方位角45α=度, 问线偏振光以多大角度入射才能使反射光的s 波和p 波的相位差等于45度, 设玻璃折射率 1.5n =。
18. 圆柱形光纤( 图10-42) 其纤芯和包层的折射率分别为1n 和2n , 且
1n >2n ( 1)
证明射光的最大孔径角2u 满足关系
式sin u =( 2) 若121.62, 1.52,n n ==求孔径角?。