光学基础培训知识ppt课件
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《光学》PPT课件
6
•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
沈括（1031～1095年） 培根（1214～1294年）
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
4
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
沈括（1031～1095年） 培根（1214～1294年）
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
4
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
《光学》全套课件 PPT
τ
cosΔ
dt =0
τ0
I = I1 +I2
叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和，
无干涉现象
2、相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后
I =I1 +I2 +2 I1I2 cosΔ 位相差恒定，有干涉现象
若 I1 I2
I =2I1(1+cosΔ
)
=4I 1cos2
Δ 2
Δ =±2kπ I =4I1
r2
§1-7 薄膜干涉
利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和 折射，可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。
一、薄膜干涉 扩展光源照射下的薄膜干涉
在一均匀透明介质n1中
放入上下表面平行,厚度
为e 的均匀介质 n2(>n1)，
用扩展光源照射薄膜，其
反射和透射光如图所示
a
n1
i
a1 D
B
n2
A
n1 C
2、E和H相互垂直，并且都与传播方向垂直，E、H、u三者满 足右螺旋关系，E、H各在自己的振动面内振动，具有偏振性．
3、在空间任一点处
εE = μH
4、电磁波的传播速度决定于介质的介电常量和磁导率，
为
u= 1 εμ
在真空中u= c =
1 ≈3×108[m ε0μ0
s 1]
5、电磁波的能量
S
=E
×H ,
只对光有些初步认识，得出一些零碎结论，没有形
成系统理论。
二、几何光学时期
•这一时期建立了反射定律和折射定律，奠定了几何光学基础。
•李普塞（1587～1619）在1608年发明了第一架望远镜。
•延森（1588～1632）和冯特纳（1580～1656）最早制作了复 合显微镜。 •1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星 的卫星。 • 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律
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面镜的距离（B ）。
A.变大 B.变小 C.不变 D.无法判断
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23
三、光的折射
光的折射：光由一种介质进入另一种介质，传播方向一 般发生改变的现象，叫做光的折射。
法线
空气
入射光线
反射光线
反射角
光从空气中斜 射向水中时， 一部分光在界
界面
面发生了反射
，另一部分光
射向水中，发
水
生了折射
规律：
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12
两种反射
无论是镜面反射，还是漫反射，每一条光线 的反射都遵守光的反射定律
镜面反射
漫反射
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13
⑴电影银幕用粗糙白布的原因。 ⑵黑板为什么会“反光”？
可编辑课件PPT
14
例子：课室里的同学看到黑板“反光”这是镜面反射， 我们能看到书上的字，这是漫反射。
注意: 无论是镜面反射还是漫反射都要遵守反射定律。
光的反射
光的折射
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32
射光 的 折
楼海
这是什么
现象？ 市 怎样形成的？ 蜃
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33
透镜
凸透镜: 中间厚两边薄的透镜 特点: 凹透镜：中间薄两边厚的透镜 特点: 辨别凸透镜和凹透镜
凸透镜使光线会聚 凹透镜使光线发散
凹 透 镜 凸 透 镜凸 透 镜凹 透 镜凸 透 镜
1、入射光线、折射光线、法线 在同一平面上；
2、折线光线、入射光线位于法 线两侧；
空气
3、当光从空气斜射入水或玻璃 水 表面时，折射角小于入射角；
当光从水或玻璃斜射入空气时， 折射角大于入射角。
4、光垂直射到水面或玻璃表面 时，传播方向不变。
A.变大 B.变小 C.不变 D.无法判断
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23
三、光的折射
光的折射：光由一种介质进入另一种介质，传播方向一 般发生改变的现象，叫做光的折射。
法线
空气
入射光线
反射光线
反射角
光从空气中斜 射向水中时， 一部分光在界
界面
面发生了反射
，另一部分光
射向水中，发
水
生了折射
规律：
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12
两种反射
无论是镜面反射，还是漫反射，每一条光线 的反射都遵守光的反射定律
镜面反射
漫反射
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13
⑴电影银幕用粗糙白布的原因。 ⑵黑板为什么会“反光”？
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14
例子：课室里的同学看到黑板“反光”这是镜面反射， 我们能看到书上的字，这是漫反射。
注意: 无论是镜面反射还是漫反射都要遵守反射定律。
光的反射
光的折射
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32
射光 的 折
楼海
这是什么
现象？ 市 怎样形成的？ 蜃
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33
透镜
凸透镜: 中间厚两边薄的透镜 特点: 凹透镜：中间薄两边厚的透镜 特点: 辨别凸透镜和凹透镜
凸透镜使光线会聚 凹透镜使光线发散
凹 透 镜 凸 透 镜凸 透 镜凹 透 镜凸 透 镜
1、入射光线、折射光线、法线 在同一平面上；
2、折线光线、入射光线位于法 线两侧；
空气
3、当光从空气斜射入水或玻璃 水 表面时，折射角小于入射角；
当光从水或玻璃斜射入空气时， 折射角大于入射角。
4、光垂直射到水面或玻璃表面 时，传播方向不变。
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干涉现象及其条件分析
干涉现象定义
干涉是指两列或几列光波在空间某些区域 叠加时，相互加强或减弱的现象。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同、相 位差恒定。
常见干涉类型
杨氏双缝干涉、薄膜干涉等。
干涉现象应用
测量光波波长、检测光学元件表面质量等 。
衍射现象及其分类讨论
衍射现象定义
衍射是指光波在传播过程中，遇
黑体辐射概念及历史背景
01
阐述黑体辐射的定义、历史背景以及与经典物理学的矛盾。
普朗克黑体辐射公式
02
介绍普朗克为解决黑体辐射问题提出的能量量子化假设，以及
由此导出的黑体辐射公式。
公式验证及意义
03
通过实验验证普朗克公式的正确性，并探讨其在物理学史上的
重要意义。
光电效应实验原理及结果分析
1 2 3
光电效应实验装置及原理
到障碍物或穿过小孔时，偏离直
线传播的现象。
01
衍射分类
02 根据障碍物或孔的尺寸与光波长
的相对大小，可分为菲涅尔衍射
和夫琅禾费衍射。
常见衍射现象
单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射 等。 03
衍射现象应用
04 光谱分析、光学成像等。
偏振现象及其产生原因分析
偏振现象定义
偏振是指光波中电场矢量方向在传播过程中有规则变化的 现象。
介绍量子光学的研究内容，包括光的量子态、量子纠缠、量子通信等，
以及该领域的研究进展和未来发展方向。
03
量子光学在现代科技中应用前景
探讨量子光学在现代科技中的应用前景，如在量子计算、量子通信、量
子精密测量等领域的应用潜力。
05
非线性光学简介
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n n 称为光焦度。
r
Φ与物、象位置无关，仅与两介质和界面有关
Φ 的单位为m-1, 用屈光度D表示，1D=1m-1
2．焦点和焦距
（1）光焦度
n n
r
r
n
n’
由 n n n n 有 P n
p p r
n
p
当p、n、n给定后，r P 。
光焦度Φ：表征折射球面的聚光本领。
① 是系统的固有特征量 表征折射面的聚光本领，它不因入射 光线的方向改变而改变。
A—B的路径应选择哪一条？
按费马原理C点的位置应使[ABC]为极值。 求路径 l 光程变分为0的条件：光线只取
x (n1l1 n2l2 ) 0
z
( n1l1
n2l2 )
0
的路径。
将l1、l2的表达式代入上式有
l ACB n1l1 n2l2
其中：
l1
y12 ( x x1 )2 z 2
v2
c
c
有 n1l1 n2l2
n1
n2
* 可见，光在不同的介质中，相同的时间内传
播的几何路程不同，但光程相同。
又有
t n1l1 n2l2
c
c
光程的概念可理解为： 光在介质中通过真实路程所需时间内，在真空中所能传播的距离。
借助光程，可将光在各种介质中走过的路程折算为在真空中的路程，便于比较光在 不同介质中传播所需时间长短。
光学
主讲 于国萍
武汉大学物理科学与技术学院 2010级
同 学 们 好！
主要参考书
• 赵凯华、钟锡华《光学》上下册 (北大) • 钟锡华《现代光学基础》（北大） • 郭永康、鲍培谛《基础光学》(四川大学) • 郭光灿、庄象萱《光学》(高教社) • 章志鸣、沈元华、陈惠芬《光学》(高教社) • 母国光、战元令《光学》(人民教育社) • E.赫克特；A.赞斯《光学》上下册 (高教社)
光学基础知识.ppt
精选
红色光线的焦点比蓝色光线的焦点更远离镜片。
精选
轴向色像差涉及到成像的焦点距离，引起色 彩产生松散或光斑；
倍率色像差别则涉及到成像的大小，在画面 周围引起色彩错开，形成扩散的彩色条纹，如镶 边现象。
精选
消除色差的常用办法之一是采 用不同色散材料的光学元件来组 成镜头，用其中的一种光学元件 的正色散来抵消另一种光学元件 所产生的负色差。例如我们公司 望远镜的消色差镜，利用折射率 较低的PMMA做凸透镜，利用折 射率较高的PC做凹透镜，然后将 两者配合在一起使用。
精选
双胶合镜的消色
差作用对于焦距较 长 (如300mm以上) 的镜头效果会不理 想，因为镜头焦距 愈长，由色散而引 起的色差也就愈严 重。
对于长焦镜头， 更常用的办法是采 用特殊色散或超低 色散玻璃来制作光 学元件。
精选
球差、像散、慧差、场曲和畸变
精选
球差
精选
由主轴上某一物点向光学系统发出的单色平行光 束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径角的 各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴 上的理想像平面处，形成一弥散光斑（俗称模糊 圈），则此光学系统的成像误差称为球差。
精选
双胶合镜中间波长焦距较短、长波和短 波光线焦距较长。
通过合理的选择镜片球面曲率、双胶合 镜的材料，可以使蓝光、红光焦距恰好相 等，这就基本消除了色差。
精选
只对两种有色光校正色差的，称为稳定 的消色差镜头；
若对三种有色光同时校正色差的称为复 消色差镜头；
而对四种有色光校正色差的则称为超消 色差镜头。
场曲和彗差都与视场大小有关，视场越大则越严 重，所以现代望远镜不是很追求广角设计。在视场 较小的天文望远镜中，场曲和彗差就要轻微得多。
红色光线的焦点比蓝色光线的焦点更远离镜片。
精选
轴向色像差涉及到成像的焦点距离，引起色 彩产生松散或光斑；
倍率色像差别则涉及到成像的大小，在画面 周围引起色彩错开，形成扩散的彩色条纹，如镶 边现象。
精选
消除色差的常用办法之一是采 用不同色散材料的光学元件来组 成镜头，用其中的一种光学元件 的正色散来抵消另一种光学元件 所产生的负色差。例如我们公司 望远镜的消色差镜，利用折射率 较低的PMMA做凸透镜，利用折 射率较高的PC做凹透镜，然后将 两者配合在一起使用。
精选
双胶合镜的消色
差作用对于焦距较 长 (如300mm以上) 的镜头效果会不理 想，因为镜头焦距 愈长，由色散而引 起的色差也就愈严 重。
对于长焦镜头， 更常用的办法是采 用特殊色散或超低 色散玻璃来制作光 学元件。
精选
球差、像散、慧差、场曲和畸变
精选
球差
精选
由主轴上某一物点向光学系统发出的单色平行光 束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径角的 各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴 上的理想像平面处，形成一弥散光斑（俗称模糊 圈），则此光学系统的成像误差称为球差。
精选
双胶合镜中间波长焦距较短、长波和短 波光线焦距较长。
通过合理的选择镜片球面曲率、双胶合 镜的材料，可以使蓝光、红光焦距恰好相 等，这就基本消除了色差。
精选
只对两种有色光校正色差的，称为稳定 的消色差镜头；
若对三种有色光同时校正色差的称为复 消色差镜头；
而对四种有色光校正色差的则称为超消 色差镜头。
场曲和彗差都与视场大小有关，视场越大则越严 重，所以现代望远镜不是很追求广角设计。在视场 较小的天文望远镜中，场曲和彗差就要轻微得多。
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[美]机载激光系统
•近年又产生了付立叶光学和非线性光学。 •付立叶光学：将数学中的付立叶变换和通讯中的线性系 统理论引入光学。
§1-1 光的电磁理论
一、光的电磁理论 按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场会产生变化 的磁场，这个变化的磁场又产生变化的电场，这样变化 的电场和变化的磁场不断地相互激发并由近及远地传播 形成电磁波。
•1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星 的卫星。
• 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律
三、波动光学时期
• 1801年，托马斯· 杨做出了光的双缝干涉实验 • 1808年，马吕发现了光在两种介质界面上反射时的偏振性。
托马斯· 杨
பைடு நூலகம்
惠更斯
牛顿
• 1815年，菲涅耳提出了惠更斯——菲涅耳原理 • 1845年，法拉弟发现了光的振动面在强磁场中的旋转，揭 示了光现象和电磁现象的内在联系。 • 1865年，麦克斯韦提出，光波就是一种电磁波 通过以上研究，人们确信光是一种波动。
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧 几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
红 橙 黄 绿 青 蓝 紫
760nm~630nm 630nm~590nm 590nm~570nm 570nm~500nm 500nm~460nm 460nm~430nm 430nm~400nm
光在不同媒质中传播时，频率不变，波 长和传播速度变小。 折射率 n = c = ε μ r r
现代光学基础ppt课件
第八章 现代光学基础
1
主要内容
8. 1 原子发光的机理 8. 2 光与原子相互作用 8. 3 粒子数反转 8. 4 光振荡 8. 5 激光的单色性 8. 6 激光的相干性 8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8.10 光盘存储技术 8.11 傅里叶光学的几个基本概念 8.12 阿贝成象原理 8.13 阿贝－波特实验和空间滤波
原子在光源作用下，正负电中心拉开，被极化成电偶极子 P er
单位体积内的原子的极化偶极距矢量和 P称电极化强度
极化场发射次极电磁波
二、线性光学
当入射光中的电场强度E远小于原子的内场强时，则光在物质中
感生的电极化强度 P 0 E E
次级辐射与入场光相互替力的结果，决定物质对入射光场的反射， 折射，散射等
f (t T ) f (t)
展成付氏级数
f (t) a0 am cos 2mv0t am sin 2mv0t
n1
V0
1 T
基频
32
由
f
(t)
1 T
exp(i2v0t)
m
T
2 T
f
(t) exp(2mv0t)dt
2
令周期
T
V0
k
(
r k0
0
r 为平面波面上任一点P的位置矢量
E
A ei
(t
k r
)
0
~ ik( xcos y cos z cosr ) E A e0
30
一、原理
8.12
阿贝成像原理
31
二、付里叶变换在光学成象中的应用
1
主要内容
8. 1 原子发光的机理 8. 2 光与原子相互作用 8. 3 粒子数反转 8. 4 光振荡 8. 5 激光的单色性 8. 6 激光的相干性 8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8.10 光盘存储技术 8.11 傅里叶光学的几个基本概念 8.12 阿贝成象原理 8.13 阿贝－波特实验和空间滤波
原子在光源作用下，正负电中心拉开，被极化成电偶极子 P er
单位体积内的原子的极化偶极距矢量和 P称电极化强度
极化场发射次极电磁波
二、线性光学
当入射光中的电场强度E远小于原子的内场强时，则光在物质中
感生的电极化强度 P 0 E E
次级辐射与入场光相互替力的结果，决定物质对入射光场的反射， 折射，散射等
f (t T ) f (t)
展成付氏级数
f (t) a0 am cos 2mv0t am sin 2mv0t
n1
V0
1 T
基频
32
由
f
(t)
1 T
exp(i2v0t)
m
T
2 T
f
(t) exp(2mv0t)dt
2
令周期
T
V0
k
(
r k0
0
r 为平面波面上任一点P的位置矢量
E
A ei
(t
k r
)
0
~ ik( xcos y cos z cosr ) E A e0
30
一、原理
8.12
阿贝成像原理
31
二、付里叶变换在光学成象中的应用