光学教程-总结
光学教程知识点总结反思
光学教程知识点总结反思光学是研究光的传播、反射、折射等现象的学科。
它是一门古老而又前沿的学科，早在古希腊时期就已经有人开始研究光的性质。
在现代科学技术中，光学的应用非常广泛，包括激光技术、光通信技术、光学成像技术等等。
本文将从光学的基本原理、光学成像、干涉与衍射、光的谱学等方面进行知识点总结与反思。
一、光学的基本原理1. 光的本质光学的基本原理之一就是要了解光的本质。
根据光的波动说和光的粒子说，我们可以理解光是一种波动的电磁辐射，也可以理解光是由一种粒子——光子组成。
这两种理论虽然有着不同的观点，但都能够解释光的现象和特性。
2. 光的传播光的传播是光学的基本原理之一。
光可以从一个介质传播到另一个介质，其传播的规律可以用光学的折射定律来描述。
在不同介质中的折射率不同，就会导致光线的折射现象。
3. 光的反射光的反射也是光学的基本原理之一。
当光线从一个介质错开到另一个介质时，如果两个介质的界面平面，那么光线会按照反射定律进行反射。
这个反射定律可以用来解决许多实际问题，比如平面镜的成像等等。
4. 光的折射光的折射是光学的基本原理之一。
通常我们可以用折射定律来描述光的折射现象。
当光线从一个介质射入另一个折射率大的介质中时，光线会向法线方向弯曲，这种现象就是折射。
5. 光的衍射光的衍射也是光学的基本原理之一。
当光线经过一个小孔或者射到一个边缘处时，会产生衍射现象。
衍射现象是光学中非常重要的现象，它可以用来解释光的波动性质。
6. 光的干涉光的干涉也是光学的基本原理之一。
干涉是指两束或者多束光线叠加在一起所产生的干涉现象。
这种现象在实际生活中有着广泛的应用，比如干涉仪器的设计、光的光谱分析等等。
以上是光学的基本原理之一，光学在这基础上发展出了许多实际应用领域。
下面我们来具体介绍其中的一些内容。
二、光学成像1. 几何光学成像几何光学成像是光学中的一个重要概念。
在几何光学成像中，我们可以根据物体到透镜或者镜面的距离、物体的位置和尺寸、光的角度等等，来计算和描述成像。
大学《光学教程》复习要点
第一章几何光学1几何光学基本定律：光在均匀介质里沿直线传播2光的反射定律：光的入射角等于反射角3光的折射定律任何介质的折射率都等于光在真空中的传播速度c与光在该介质中的传播速度v的比值。
n=c/v绝对折射率4光的独立传播定律多束光传播时互不干扰5光路可逆定理光程费马定理费马原理的严格表述：光在传播过程中总是沿着光程为极值的路径传播。
沿着光程为极值的路径传播有三种情况：恒定值、最小值和最大值。
成像的基本概念光线的基本叫光束在均匀介质中，各光线从同一点发出或聚焦于(反向聚焦于)同一点的光束称为单心光束；点光源发出的是单心光束单心性的保持与破坏在光线传播路径中的若干反射面和折射面组成的光学系统叫做光具组。
物方空间与像方空间物与像的概念实物虚物实像虚像判别各种像光线在射到光具组前表面之前存在会聚点，称为实物光线在射到光具组前表面之后，其延长线会聚为一点的，称为虚物光线经光具组后表面射出后会聚一点，所形成的像称为实像；光线经光具组后表面射出后，反向延长会聚一点所形成的像称为虚像光的平面反射（保持光束单心性）全反射光的平面折射（破坏光束的单心性）光的折射的特殊情况，光垂直入射此时有个“相似深度”发生全反射现象的原因：1入射角大于或等于临界角光由光疏介质入射到光密介质全反射临界角。
符号法则新笛卡儿法左负右正，下负上正(1)光线和主轴交点的位置都从顶点算起，凡在顶点右方者，其间距离的数值为正；凡在顶点左方者，其间距离的数值为负。
物点或像点至主轴的距离，在主轴上方为正，在下方为负。
(2)光线方向的倾斜角度都从主轴(或球面法线)算起，并取小于π／2的角度。
由主轴(或球面法线)转向有关光线时，若沿顺时针方向转，则该角度的数值为正；若沿逆时针方向转动的，则该角度的数值为负(在考虑角度的符号时，不必考虑组成该角度两边的线段的符号)光的球面折射：光焦度：上式右端仅与介质的折射率及球面的曲率半径有关，因而对于一定的介质及一定形状的表面来讲是一个不变量，我们定义此量为光焦度，以Φ表示，代表折射面对光线的方向改变的能力。
光学的知识点总结
光学的知识点总结一、光的波动性和粒子性1. 光的波动性：光是一种电磁波，具有波动性。
光的波长、频率和速度是其波动特性的重要参数。
根据光的波长，可以将光分为可见光、紫外光、红外光等不同波长范围的光谱。
2. 光的粒子性：光也具有粒子性，即光子。
光子是光的传播媒介，通过光子理论可以解释光的干涉、衍射等现象。
二、光的反射和折射1. 光的反射：当光线遇到一个光滑的表面时，会发生反射。
根据反射定律，入射角等于反射角。
2. 光的折射：当光线从一种介质进入另一种介质时，会发生折射。
根据折射定律，入射角、折射角和介质的折射率之间存在一定的关系。
三、透镜和成像1. 透镜的类型：透镜可以分为凸透镜和凹透镜。
凸透镜将光线汇聚到一个焦点，而凹透镜是分散光线。
2. 成像规律：透镜成像遵循一些规律，例如物距、像距、物高、像高之间的关系可以通过透镜成像公式进行计算。
四、干涉和衍射1. 干涉：当两束光波相遇时，它们会发生干涉现象。
根据干涉现象可以制作干涉仪，用于测量光的波长、薄膜厚度等参数。
2. 衍射：当光波通过一个小孔或物体边缘时，会发生衍射现象。
衍射可以用来解释光的弯曲现象，并且是激光技术中的重要原理。
五、光的偏振1. 偏振现象：光在传播过程中会发生偏振现象，即光振动方向的归一化。
根据偏振现象可以制作偏振片，用于光学仪器中的光控制和分析。
2. 偏振方向：偏振片能够将非偏振光或自然光转化为具有特定偏振方向的偏振光。
六、光的吸收和发射1. 光的吸收：物质对光的吸收能力与物质的性质有关，一些物质对特定波长的光具有很强的吸收能力。
2. 光的发射：当物质受到激发时，会发射出特定波长的光，这被称为发射现象。
发射光谱可以用来分析物质的组成和结构。
七、光学系统和光学仪器1. 光学系统：由一系列光学元件（例如透镜、棱镜、偏振片、镜面等）构成的光学装置称为光学系统。
光学系统广泛应用于望远镜、显微镜、光学显微镜、激光器等光学仪器中。
2. 光学仪器：使用光学系统进行光学成像、测量、分析等目的的装置称为光学仪器。
光学课程总结 - 2013
平面波 球面波
光强
光学课程总结
光度学基本概念
照度（lx） 1lx=1lm/m2 发光强度 （点光源） IV = d/ d (cd) 1 cd = 1 lm/1 sr 亮度 (面光源 ) 视见函数 V()
光源
光视效能
光功率 (W)
光通量 （lm）
(cd/cm2 )
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几何光学
第2章 几何光学
—马吕斯定律 （若x是偏振化方向）
光学课程总结
反射和折射时光的偏振 反射光中垂直入射面的分量比例大， 折射光中平行入射面的分量比例大。
n 1 · · i0 i0 · · · · S n2 r0
··
线偏振光
i 0 —布儒斯特角或 起偏角 i0 +r0 = 90O
·
部分偏振光
n2 tg i0 n21 —布儒斯特定律 n1
最基本的内容：费马原理、光程概念 基本规律 直线传播定律、独立传播定律以及光路可逆性原理 Snell定律: sin1/sin2 = n12 光纤和棱镜
全反射的临界角： C = arcsin(n2/n1)
惠更斯原理：波前上每一个点都可看做是发出球面子 波的波源，这些子波的包络面就是下一时刻的波前。
2
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光的衍射
单缝的夫琅禾费衍射 观测屏 x2 x x1
1
衍射屏 透镜
a sin k
（暗纹）
k 1， 2， 3…
a
0
0
x 0
1 x f x0 a 2
2
f
sin I I 光强分布： 0
屏上任一点P的振动，可用积分法、半波带法和矢量图法求得
光学知识点总结
光现象知识总结一．光的产生1、光源：定义：能够发光的物体叫光源。
分类：自然光源，如 太阳、萤火虫；人造光源，如 篝火、蜡烛、油灯、电灯。
月亮 本身不会发光，它不是光源。
二．光的传播1.规律：光在同种均匀介质中是沿直线传播的，光在密度不均匀的液体或气体中传播会折射，比如海市蜃楼，星星闪烁，通过火苗看物体会晃动。
2、光线是由一小束光抽象而建立的理想物理模型，建立物理模型法是研究物理的常用方法之一。
辅助线：法线和光的反向延长线要用虚线表示。
实际光线：用实线表示，且带有箭头。
3、应用及现象：① 激光准直，站对看齐。
②影子的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，在物体的后面形成黑色区域即影子。
③日食月食的形成是由于光沿直线传播。
日地月同线时，地球 在中间时可形成月食。
日月地同线时，当地球在月球后面可形成日食：在1的位置可看到日全食， 在2的位置看到日偏食， 在3的位置看到日环食。
④ 小孔成像：小孔成像成倒立的实像其像的形状与小孔的形状无 关。
只与光源（亮物体）的形状有关。
像的大小与物体到小孔的距离和光屏到小孔的距离共同决定。
稍大的小孔成模糊的像，较大的大孔不能成像，只能形成与大孔相同形 状的亮斑。
4、光速：光的传播不需要介质（真空中可以传播）1232太阳月光在真空中速度C=3×108m/s=3×105km/s；光在空气中速度约为3×108m/s。
光在水中速度为真空中光速的3/4，在玻璃中速度为真空中速度的2/3 。
三、光的反射1、定义：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。
2、反射定律：三线同面,法线居中,两角相等,光路可逆.即:反射光线与入射光线、法线在同一平面上，反射光线和入射光线分居于法线的两侧，反射角等于入射角。
光的反射过程中光路是可逆的。
实验：光的反射定律1.实验材料准备材料：激光笔、平面镜、白纸板、量角器、纸筒（牙膏盒）等。
光学总结
6. 在空气中有一劈形透明膜，其劈尖角＝ 1.0×10-4rad，在波长＝700 nm的单色光垂直照射 下，测得两相邻干涉明条纹间距l＝0.25 cm，由此 1.40 可知此透明材料的折射率n＝______
7.如图所示，波长为的平行单色光垂直照射到两 个劈形膜上，两劈尖角分别为1和 2，折射率分 别为n1和n2，若二者分别形成的 干涉条纹的明条纹间距相等，则1 , n n n = n 2，n1和n2之间的关系是___________ ． 1 1 2 2
2n
液
2
= (1–1/n)/( 2L)＝1.7×10-4 rad
14.用波长＝500 nm(1nm＝10-9 m)的单色光垂直 照射在由两块玻璃板(一端刚好接触成为劈棱)构 成的空气劈形膜上．劈尖角 ＝2×10-4 rad．如 果劈形膜内充满折射率为n＝1.40的液体．求从劈 棱数起第五个明条纹在充入液体前后移动的距 离． 解：2ne＋/2＝5 e＝L →2nL＝9/2， L＝9/(4n), 充液前 L1＝9/4 ; 充液后L2＝9/4n
k = 2 ，2 = 1000 nm，k = 3，3 = 600 nm，
k = 4， 4 = 428.6 nm，k=5, 5 = 333.3 nm． ∴ 在可见光范围内，干涉加强的光的波长是 ＝600 nm 和＝428.6 nm．
2
2
1. 在图示三种透明材料构成的牛顿环装置中 , 用单色光垂直照射，在反射光中看 到干涉条纹，则在接触点 P 处形 1.62 1.52 1.62 1.75 P 1.52 右半部暗，左半部明 成的圆斑为___________________ 图中数字为各处的折射 2.一束波长为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 / (4n) 射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为_____ 3. 若把牛顿环装置(都是用折射率为1.52的玻璃 制成的)由空气搬入折射率为1.33的水中，则干涉 条纹 (A) 中心暗斑变成亮斑．(B) 变疏． (C) 变密． (D) 间距不变． [C]
光学知识点总结
光学知识点总结光学知识点总结一、光的传播1、光源:_________________________。
(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____________介质中是沿直线传播的(2)直线传播现象影子的形成:日食、月食(你能解释吗，尝试一下)小孔成像:成___________的像(你会画图吗，)3、光的传播速度":(1)光在真空中的传播速度是____________。
(2)光在水中的传播速度比在真空中的______。
对比:声音在真空中的传播速度是_____，在空气中的传播速度是____________。
二、光的反*1、反*现象:光*到物体的表面被反*出去的现象2、概念:(1)一点:入*点(2)二角:入*角:__________________________。
反*角:__________________________。
(3)三线:入*光线、反*光线、法线3、反*定律:(1)________________________________(三线共面)(2)_________________________________(两线异侧)(3_)________________________________(两角相等)尝试:画图解释光的反*定律4、反*分类:(1)镜面反*:________________________(画图说明)(2)漫反*:__________________________(画图说明)有人说镜面反*遵守光的反*定律而漫反*不遵守光的反*定律你认为呢，5、平面镜成像:特点:____________________________________。
成像作图举例三、光的折*1、折*现象:光由一种介质*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*规律:_________________________________________________________________________。
光学教程-总结
s in 1
0.61
R
1.22
D
艾里斑的线半径为： l 1.22 f
D
第二章 光的衍射
任何具有空间周期性的衍射屏都可以叫衍射光栅。
I
p
Ap2
s in 2 u2
u
sin2 N(d sin
sin2(d sin )
)
I0
s in 2 u2
u
sin2 Nv sin2 v
第二章 光的衍射
光栅衍射的强度分布 I / I0
B
r s
第三章 几何光学基本原理
近轴光线条件下球面反射的物像公式
1 1 2 s s r
对于r一定的球面，只有一个s
P
和给定的s对应，此时存在确定的像点。
这个像点是一个理想的像点，称为高
斯像点。s称为物距， 称s为 像距
1 1 1 s s f
C P O
这个联系物距和像距的公式称为球面反射物像公式。
人眼的分辨本领是描述人眼刚刚能区分非常靠近的两个物点的能 力的物理量。
瞳孔的分辨极限角为
U0
0.610
R
0.610
555 10 7 cm 0.1cm
3.4 10 4 rad
1
望远镜物镜的分辨极限常以物镜焦平面上刚刚能够分辨开的两个 象点之间的直线距离来表示，这极限值为
y
f 1
1.220
d
/ f
显微镜是用以观察在其物镜第一焦点附近（靠外）的物体的光学
系统。物体经物镜折射后在中间像面上所产生的艾里斑与平行光束 衍射时有几乎同样大小的角半径。
y 0.610
n sin u
第四章 光学仪器的基本原理
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21
第二章 光的衍射
衍射图样是一组同心的明暗相间的圆环。中央亮斑的光强占整 个入射光强的84%，称为艾里斑。
艾里斑的半角宽度为：1sin 10.6 R 11.2D 2 艾里斑的线半径为： l 1.22 f
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19
第二章 光的衍射
（1）单缝衍射中央最大的位置
即 sin0 0 （中央最大值的位置） IP0 A02
（2）单缝衍射最小值的位置
即
sink
k
b
(k1,2,3, ) （最小值位置）
（3）单缝衍射次最大的位置
u0,u11.43 ,
u 2 2 .46 ,u 3 3 .47 ,
（4u ） 4 4.4/b8又, 称衍射反比律。物理意义：首先反映了障碍物与
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15
第二章 光的衍射
圆孔的菲涅尔衍射 R Rh
如果用平行光照射圆孔，R则
Rhk kr0
kRh2(R r0 Rr0)R h2(r10R 1)
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Rh2
Rh2kk
r0R Rr0
16
第二章 光的衍射
圆屏的菲涅耳衍射
圆屏遮蔽了开始的k个带，则P点的合振幅为：
Aak1ak2ak3 a2 k1
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4
第一章 光的干涉
杨氏双缝干涉装置：
此装置是分波阵面的典型，条纹明、暗纹的位置由两束光的光
程差Δ决定：
dsin d y
r0
2 j
明纹 j0,1,2,3,
2
( 2 j 1 ) 暗纹 j0,1,2,3,
2
条纹间距：
yyj1yj
r0
d
或
y
条纹形状：为一组与狭缝平行、等间隔的直线。
即不管圆屏的大小和位置 如何，圆屏几何影子的中心永远 有光到达。
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17
第二章 光的衍射
波带片
只能让奇数半波带或偶数半波带透光，那么由于各波带上相应各
点到达考察点的光程差为波长的整数倍，各次波到达该点时所引起的
光振动的相位差为2的整数倍，因而相互加强，合振幅为：
Ak a2k1 或 Ak a2k
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5
第一章 光的干涉
等倾干涉：
此装置是分振幅干涉（即分能量干涉。）薄膜上下表面反射光
的光程差为：
2d0 n2 2n12si2ni12
2 j
明纹 j0,1,2,3,
2
( 2 j 1 ) 暗纹 j0,1,2,3,
2
上下表面反射光之一有半波损失，取λ/2，上下表面反射光都有半 波损失或都没有半波损失时不附加λ/2 。
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6
第一章 光的干涉
等厚干涉：
平行光从相同的倾角入射不均匀的薄膜，相干光光程差Δ，随膜
厚 变d 0化，膜厚 d相0 同的地方，光程差 相同，干涉情况也相同
，并处于同一级干涉条纹上。
等厚干涉条纹对应膜的等厚线。Βιβλιοθήκη 等厚干涉条纹只形成在薄膜表面。
实际采用最多的是正入射方式，光程差：
2d0n2
2
（2）来自同一点光源的两束相干光，经历不同的光程在某点相遇， 两束光线的光程之差称为光程差Δ。
（3）光程差为Δ，两束相干光在该处光振动的相位差为：
2
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3
第一章 光的干涉
半波损失：
光从光疏媒质正入射或掠入射到光密媒质上，又从分界面反射 时，反射光波与入射光波在入射点处（分界面上），两者相位相反 ，相当于光程增加或减少λ/2，称为半波损失。
相邻两级条纹之间膜的厚度差为：
ddj1dj
2n2
条纹间距： L
为楔角
2n2
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7
第一章 光的干涉
牛顿环：
亮环半径： rj
(2j1) R
2n
(j0,1,2,3, )
暗环半径： rj
jR n
(j0,1,2,3, )
曲率半径： R r2m r2n
(m n)
条纹形状： 为一组同心园环，环纹间距从中心到边缘逐渐变密， 级次从中心到边缘越来越高。
上式称为菲涅耳积分。借助惠更斯—菲涅耳原理可解释和描述 光束通过各种形状的障碍物时所产生的衍射现象。菲涅耳衍射的计 算很困难，可以用振幅矢量叠加法做近似的处理。
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13
第二章 光的衍射
菲涅耳半波带
S r2r02(/2)
O
R
BBB3 21 B0
r3r03(/2)
P
r1r0(/2)
而相位差为
光波之间限制和扩展的辨证关系。其次，包含着“放大”。缝宽减
小， 就增大。不是通常的几何放大，而是一种光学变换放大，这
是激光测径和衍射用于物质结构分析的基本原理。
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20
第二章 光的衍射
夫朗禾费圆孔衍射
IpA02J1(2(R 2sRisni)2n)A02J12m (22m)I0J12m (22m)
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8
第一章 光的干涉
麦克耳孙干涉仪：
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9
第一章 光的干涉
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10
第二章 光的衍射
惠更斯原理
惠更斯原理表述为：任何时刻波面上的每一点都可作为次 波的波源，各自发出球面次波；在以后的任何时刻，所有这些 次波的包络面形成整个波在该时刻的新波面。
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11
第二章 光的衍射
【知识结构】
第一章 光的干涉
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1
第一章 光的干涉
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2
第一章 光的干涉
光程、光程差、相位差
（1）光程是光在媒质中所经历的几何路径折合成光在真空中的路 程，光程的大小等于光在媒质中经历的几何路程r与媒质折射率n的 乘积nr。如果光线连续穿过几种媒质，光程为：
r niri
i
k
k
在任一情况下，合成振动的振幅均为相应的各半波带在考察点所
产生的振动振幅之和。这样做成的光学元件叫做波带片。
波带片的作用类似于透镜成像作用，
1 R
1 r0
1 ( Rh2k
)
k
其中R为物距，r0 为像距
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18
第二章 光的衍射
夫朗禾费单缝衍射
IPI0sui22nuI0sinc2u
u(bsin)/
惠更斯---菲涅耳原理
菲涅尔根据惠更斯的“次波”假设，补充了描述次波的基本
特征---相位和振幅的定量表示式，并增加了“次波相干叠加”的 原理，使之发展成为惠更斯—菲涅尔原理。
en
dS
Q
r
dE CK()coksr (t)dS
r
S
r0
P
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第二章 光的衍射
ECK( )A(Q )ei(k rt)dS r
在这种情况，由任何相邻两带的对应部分
所发出的次波到达P点时的光程差为 / 2，
。这样分成的环形带称为菲涅耳半波带（简称半波带）。
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第二章 光的衍射
合振动的振幅矢量为：
A k1 2[a 1( 1 )k 1ak]1 2(a 1ak)
上式中，当k是奇数时取正号，亮点；当k是偶数时取负号，暗点。