波动光学基础
第十章 波动光学
相干光
位也不一定相同.(独立性、 位也不一定相同 独立性、 二. 光的单色性 独立性 •单色光 单色光 随机性) 随机性 具有单一频率的光称为单 2. 激光光源：受激辐射 激光光源： 色光.各种频率复合的光称 色光 各种频率复合的光称 E2 为复色光 ν ν 普通光源所发光为复色光, 普通光源所发光为复色光 ν = (E2-E1)/h ν 单色光源发光为单色光.激 单色光源发光为单色光 激 E1 光为最好的单色光源. 光为最好的单色光源 •色散现象 色散现象 完全一样(频率 位相,振动 频率,位相 完全一样 频率 位相 振动 方向,传播方向 传播方向) 方向 传播方向 把复色光中各种不同频率的 光分开,形成光谱称为光的 光分开 形成光谱称为光的 激光光源能发出频率,相 激光光源能发出频率 相 色散. 色散 •产生单色光的方法 产生单色光的方法 位,振动方向 传播方向相 振动方向,传播方向相 振动方向 利用滤波片; (1)利用色散 (2)利用滤波片 利用色散; 利用滤波片 同的光 利用色散
则合振动为
1 r1
光程 干涉明暗纹条件
则有
∆ = ϕ
2 π
·
p
· ·
r2
E = Ey1 +Ey2 = Acos(ωt +ϕ)
A= A2 + A2 +2AA cos∆ ϕ 1 2 1 2
2
三. 干涉明暗纹的位置 条件 设 A =A 则 1 2 ϕ 2 2 2∆ I = A = 4A cos 1 2 ∆ = ±2kπ, ϕ
(k = 0,1,2,3…)
λ
δ
∆ =ω(t −r v) −ω(t −r v) ϕ 2 1
2 πν 2 π = (r −r ) = (nr −nr ) 2 1 1 λ 2 (c n)
2024高考物理波动光学知识点清单与题型分析
2024高考物理波动光学知识点清单与题型分析一、波动光学基础知识1. 光的波动性特征- 光的波动模型和粒子模型- 光的波长、频率和波速的关系2. 光的干涉现象- 干涉的条件与产生干涉的光源- 杨氏双缝实验和杨氏双缝衍射公式3. 光的衍射现象- 衍射的条件与产生衍射的光源- 单缝衍射和衍射角的推导4. 光的偏振现象- 光的偏振特性和光束的偏振- 马吕斯交叉实验和马吕斯定律二、波动光学的应用1. 光的光谱与光栅- 光谱的分类和性质- 光栅的原理和光栅方程2. 光的薄膜与薄膜干涉- 薄膜的构成与性质- 薄膜干涉的条件和薄膜干涉的应用 3. 光的多普勒效应- 多普勒效应的概念和表达式- 光的红移和蓝移现象4. 激光的基本原理- 激光的特性和产生激光的条件- 激光的应用领域和技术三、波动光学的高考题型分析1. 选择题- 对波动光学基础知识的理解与应用 - 对波动光学应用领域的认识与分析 2. 解答题- 利用波动光学理论解析实际问题- 运用光的干涉、衍射、偏振等原理解决问题3. 综合题- 将波动光学知识结合其他物理知识进行综合分析与解决问题- 理论知识与实践应用相结合的综合能力考察结语：本篇文章对2024年高考物理波动光学知识点进行了清单和题型分析，并按照格式要求进行了整洁排版。
通过系统的学习和掌握波动光学的基础知识，加强对光的干涉、衍射、偏振等现象的理解与应用，以及熟悉波动光学在实际问题解决中的应用，考生们能够提高解题的能力和水平，顺利应对高考物理波动光学相关考题，取得理想的成绩。
第3章12波动光学基础
对于图中的LED，其发散中心波长 是820nm（0.82μm），线宽通常定义 为半功率点的宽度。图中线宽 Δλ=30nm（805nm~835nm），带宽比 为30/820=0.037，即3.7%。
图3.3 LED的光谱
10
§3.2 色散、脉冲畸变和信息速率
10 L
lg
Pout
/ Pin 10lgPout
/ Pin L
8
§3.2 色散、脉冲畸变和信息速率
▪ 实际的光源在一个特定的波长范围内发光。这个范围称为光源
的线宽，或者谱宽。
光源的线宽越窄，其相干性就越好。
理想的相干光源发射单波长的光，其线宽为0，是理想单色 的。表3.1给出了常用光源的典型线宽值。
速度也随波长变化，我们将速度随波长变化的这 种特性称为色散。
材料色散：如果速度的变化是由材料的某些性 质引起的，则称之为材料色散。 波导色散：对于光纤和其他波导，色散也可能 由自身的结构引起，这种情形称为波导色散。
12
§3.2 色散、脉冲畸变和信息速率
——3.2.1 材料色散和脉冲畸变
▪ 脉冲传输得越远，其
如 图 3.6(b) ， 图 中 曲 线 的 斜 率 在 λ0 处为0。
图3.6(c)是折射率对波长的二阶导
函数曲线。对纯SiO2，拐点在1.3μm 图3.6 石英玻璃的折射率
附近。
与波长的关系曲线
§3.2 色散、脉冲畸变和信息速率
——3.2.1 材料色散和脉冲畸变
▪ 定量分析石英玻璃中色散导致的信号畸变。 ▪ 假设τ是脉冲传输距离L所需时间，图3.7给出了单位距离
图3.6（c）
22
/ L n'' M n''
物理学光学与波动理论
物理学光学与波动理论光学与波动理论是物理学中的重要分支，研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象及其产生的原理和规律。
本文将探讨光学与波动理论的基本概念、光的特性以及波动现象的解释等内容。
一、光学基础知识光学是研究光的传播和现象的学科，涉及到光的产生、传播、相互作用等方面。
光学实验常用的基本装置有凸透镜、凹透镜、平凸镜、交互栓等。
1. 光的特性光具有波动性和粒子性的双重性质。
在波动方面，光是一种电磁波，具有波长、频率和振幅等特性；而在粒子方面，光被看作由光子构成的微粒。
2. 光的传播光在真空中的传播速度为光速，在介质中会受到折射和反射的影响。
根据光的传播方式，可以将光分为直线传播光和弯曲传播光。
3. 光的反射和折射当光线从一种介质射入另一种介质时，会发生反射和折射现象。
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。
二、光的干涉现象干涉是光波在相遇时发生叠加现象的过程。
干涉现象广泛存在于光学实验中，例如杨氏双缝实验和牛顿环实验。
1. 双缝干涉杨氏双缝实验是观察光的干涉现象最经典的实验之一。
当光波通过两个狭缝时，会形成明暗相间的干涉条纹。
2. 牛顿环干涉在牛顿环实验中，平凸透镜和透明平板之间介质形成的空气薄层会造成光的干涉现象。
观察者通过透镜看到的是一系列同心圆环。
三、光的衍射现象衍射是光通过一个孔或一个边缘时发生偏离的现象。
衍射现象能够解释许多实际现象，例如声音的传播、电磁波的传播等。
1. 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射是光通过一个狭缝时产生的衍射现象。
当入射光线垂直射向狭缝时，屏幕上会出现中央亮度最强，两侧逐渐变暗的衍射条纹。
2. 菲涅尔衍射菲涅尔衍射是光通过一个不透明物体的边缘时产生的衍射现象。
这种衍射现象产生的光强分布呈现明显的夹红现象。
四、光学应用光学在实际生活和工业生产中有广泛的应用。
下面介绍几个常见的光学应用。
1. 显微镜显微镜利用光的折射、衍射和干涉等现象来放大显微观察物体的细节。
第14章波动光学基础
10
Δ
2π
2
l2
2π
1
l1
n
l1 2π
n
Δ
2π
2
l2
2π
1
(n2l2 n1l1 )
n1 光线1经过的介质1的折射率
l1 光线1在介质1中走过的几何路程 n2 光线2经过的介质2的折射率
l 2 光线2在介质2中走过的几何路程 n1l1 光在介质1中的光程
2 2
2
o
i
r环
i
P f
1 2
S
i n n > n n
·
i
L
D · A·· C r · B
e
37
i
屏幕
f
S
M
L
n 观察等倾条纹的实验装置和光路
38
倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹
—等倾条纹 •条纹特点: • • • • • 形状一系列同心圆环 内疏外密 条纹间隔分布 条纹级次分布 中间级次最高 膜厚变化时,条纹的移动 波长对条纹的影响
建立‚点光源‛的概念很重要
尤其是用分波面法获取相干光时更重要
•
点光源模型可使我们更容易看到干涉花样
8
§4 光程 引进光程可方便地计算相干光的相位差 例:相干光源 a b 初相相同 但到达场点c的过程中经过的介质不同 如图
c点的干涉结果如何？
解答：
光线1
c点的干涉结果取决于
两相干光在c点的相位差
a b
n1 l1
n2 l2
光线2
c
9
Δ
2π
2
l2
2π
1
l1
波动光学 知识点总结
波动光学知识点总结一、波动光学基础理论1.1 光的波动性光既具有波动性，也具有粒子性。
但在波动光学中，我们更多地将光看作是一种波动。
光的波动性表现为它的波长、频率和波速等特性。
光的波动性对光的传播和相互作用提供了理论基础。
1.2 光的主要波动特性在波动光学中，我们需要了解光的一些主要波动特性，如干涉、衍射、偏振等。
这些特性是光学现象的基础，也是波动光学理论的重要内容。
1.3 光的传播规律波动光学还研究光的传播规律，如菲涅尔衍射、菲涅尔-基尔霍夫衍射等。
这些规律描述了光在不同介质中传播时的行为，为我们理解光学器件的原理和应用提供了基础。
二、干涉2.1 干涉现象干涉是波动光学的重要现象，它描述了两个或多个光波相遇时的相互作用。
我们可以通过干涉实验来观察干涉现象，如杨氏双缝干涉、薄膜干涉等。
2.2 干涉条纹干涉条纹是干涉现象的主要表现形式，它是由干涉光波在空间中的相互叠加而形成的明暗条纹。
通过研究干涉条纹，我们可以了解光的波动规律和光的相位特性。
2.3 干涉的应用干涉在科学研究和技术应用中有着广泛的应用，如干涉测量、干涉成像、干涉光谱等。
通过干涉技术，我们可以实现对光学性质和光学器件的精密测量和分析。
三、衍射3.1 衍射现象衍射是波动光学中的重要现象，它描述了光波在通过障碍物或孔径时的传播规律。
我们可以通过衍射实验来观察衍射现象，如单缝衍射、双缝衍射等。
3.2 衍射图样衍射图样是衍射现象的表现形式，它是光波经过衍射产生的明暗图案。
通过研究衍射图样，我们可以了解光波的传播特性和光的波前重构规律。
3.3 衍射的应用衍射在光学成像、光学通信、激光技术等领域有着重要的应用价值。
通过衍射技术，我们可以实现对微小结构的观测和分析，也可以实现光的调制和控制。
四、偏振4.1 偏振现象偏振是波动光学中的重要现象，它描述了光波振动方向的特性。
在偏振现象中，我们可以了解线偏振、圆偏振和椭圆偏振等不同偏振状态。
4.2 偏振光的特性偏振光具有独特的性质，如光振动方向的确定性、光强的调制特性等。
第1章 波动光学基础 1-2 光波的函数表述 物理光学课件
•
它可以通过把确定该考察面的空间约束条件代入光波场的三维复振幅分
布函数的普遍表达式而得到。
•
例：传播方向平行于xoz平面，且与z轴夹角为θ的平面波在z=0平面上的
波前函数．
•
①依题意写出复振幅分布函数（关键是写 k r ）
•
②将z=0代入复振幅分布函数
• 注意:波前函数是任意空间面上的复振幅，但不是复振幅在这个面上的投影．
• 光是特定波段的电磁波
光的电磁波动 E, H 遵从Maxwell方程
• D ρ,
• B 0,
•
E B ,
Maxwell微分方程
t
H
J
D
t
• •
其中：
i
j
k
x y z
• 变化的磁场可以产生电场；变化的电场也可以产生磁场.
• 电磁波——交变电磁场的空间传播。
1 波动光学基础
•
•
复振幅分量与波前函数的区别在于：波前函数与复振幅函数的振幅相同，
但相位不同．
1 波动光学基础
1.2 光波的函数表述
1.2.4.波前与波面
• ２.相位共轭波前
• E~(r) E0 (r)eikr
所谓相位共轭光波，是指两列同频率的光波，它们
的复振幅之间是复数共轭的关系．
~ ikr
即若某一波的复振幅为 E(r ) E (r )e E在0 (信r)息光学中，经常遇到相位共轭光波的概念。所谓相位共轭光波，是指两列同频率的光波，它们的复振0 幅之间是复数共轭的关系，即若某一波的复振幅为
波动光学基础121maxwell电磁波动方程12光波的函数表述121maxwell电磁波动方程波动光学基础12光波的函数表述1099792121maxwell电磁波动方程波动光学基础12光波的函数表述121maxwell电磁波动方程波动光学基础12光波的函数表述coscos和分别为波的空间角频率和时间角频率又称圆频率
《大学物理》波动光学基础解析
E
S
H
S EH
根据平均值的定义，在一个周期T内平均能留密度的大 小用I表示
I S 1 tT EHdt Tt
光学中通常把平均能流密度I称为光强
➢ 平面简谐电磁波的平均能流密度为
I 1
T
t T t
E0 H 0
cos2 (t
r )dt u
1 2
E0 H 0
1 2
E02
三、光是一种电磁波 平面电磁波方程
第四篇 波动光学
波动光学基础
上海同步辐射装置全景
研究内容 ：
1 光是电磁波 2 光源 光的干涉 3 获得相干光的方法
杨氏双缝实验 4 光程与光程差 5 薄膜干涉 6 迈克耳孙干涉仪 7 惠更斯—菲涅耳原理 8 单缝的夫琅禾费衍射 9 衍射光栅及光栅光谱 10 线偏振光 自然光
11 偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律
12 反射和折射产生的偏 振 布儒斯特定律
13 双折射现象 14 椭圆偏振光
偏振光的干涉 15 旋光效应简介
§1 光是电磁波
一、光的本质
17—18世纪是光学发展史上的一个重要时期。伽利略 、开普勒发明了天文望远镜，斯涅尔、笛卡儿导出了光 的折射定律和反射定律。历史上对于光的本质存在争论 。1.光的两种学说
度传播就形成电磁波。
+ Q0
+
+
L
C
Q0
-
-
振荡电偶极子
2. 真空中的平面简谐电磁波及其特性
任何形式电磁波 分解 平面简谐电磁波
叠加
沿x轴传播的平面简谐电磁波电场强度 E和磁场强
度 H可分别表示为：
EuΒιβλιοθήκη E(x,t)
E0
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波动光学基础
波动光学是光学中的一个重要分支，研究光传播过程中的波动现象。
本文将介绍波动光学的基础知识，包括光的干涉、衍射和偏振等方面。
一、光的干涉现象
干涉是指两个或多个波源发出的波相互叠加和相互作用的现象。
光
的干涉现象在日常生活和科学研究中都有广泛应用。
干涉分为构成干
涉的要素和干涉的种类两部分。
1. 构成干涉的要素
光的干涉所需的要素包括两个或多个波源和一个探测屏。
波源是产
生波的物体，可以是点光源、扩展光源或多个波源。
探测屏接收波传
播到达的位置和方向，用于观察干涉现象。
2. 干涉的种类
光的干涉可分为构成干涉图样的特定点处的干涉和整个波面上的连
续干涉。
根据光程差的大小，干涉可以分为相干干涉和非相干干涉。
干涉还可以分为近似干涉和严格干涉。
二、光的衍射现象
衍射是指波通过障碍物、缝隙或物体边缘时发生偏离直线传播方向
的现象。
光的衍射现象是波动光学的重要内容，其理论和实验都具有
重要意义。
1. 衍射的特点
光的衍射具有波动性特征，表现为波通过障碍物、缝隙或物体边缘
后的弯曲、弯曲程度与波长有关、衍射图案的产生等。
2. 衍射的条件
光的衍射需要满足一定的条件。
具体来说，波长要适合障碍物大小、波传播到达障碍物的位置要符合一定的角度条件等。
三、光的偏振现象
偏振是指光波中振动方向在特定平面上进行的现象。
偏振光在实际
应用中有广泛的用途，例如偏振片、太阳眼镜等。
1. 偏振的方式
光的偏振有线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种形式。
线偏振是指光波
中的振动方向在固定的平面上振动；圆偏振是指光波中的振动方向像
旋转矢量一样随时间旋转；椭圆偏振是指光波的振动方向沿椭圆轨迹
运动。
2. 获得偏振光的方法
获得偏振光主要有自然光通过偏振片、波片或通过偏振装置产生的
方法。
总结：
本文介绍了波动光学基础知识，包括光的干涉、衍射和偏振。
干涉
是指波的相互叠加和相互作用的现象，衍射是指波通过障碍物或物体
边缘后的弯曲现象，偏振是指光波中振动方向在特定平面上进行的现
象。
通过学习波动光学的基础知识，我们可以更好地理解光的本质和特性，为实际应用中的光学问题提供解决思路。