《波动光学》课程中光束涡旋相位的实验演示与研究
大学物理上-第7章-波动光学PPT课件
n 的介质中后，波长n , 光速为 v ,则有：
C 而n C
v n
v
n
n
结论：同一频率的光在不同介质中波长不相同。
在一条波线上，光在介质中前进L，相位改变为：
2 L 2 nL
n
15
2 L 2 nL
n
结论：同一频率的光在折射率为n的介质中通过L距离
时引起的相位改变和光在真空中通过nL距离时所引起
解：覆盖玻璃前 r2r10
d
覆盖玻璃后
S1
r 2 n 2 d d ( r 1 n 2 d d ) 5
n1 r1
O
(n2n1)d5
S2
n2 r2
d 5 8106m
n2 n1
20
3.透镜近轴光线的等光程性 透镜可以改变光线的传播方向，但是在光路中
放入薄透镜不会引起附加的光程差。
F F
的相位改变相同。
光程：光在介质中传播的波程与介质折射率的乘积。
nL
设光在折射率为n的介质中传播的路程为L，有：Lvt
n C 有： L c t , nLct
v
n
光程意义：光在介质中所通过的路程L就相当于在相同 的时间内光在真空中通过的路程=nL。
16
如果光线穿过多种介质时，其光程为：
n 1 r 1 n 2 r2 n n rn n ni ri i 1
xxk 1xk
D a
条纹特点：条纹明暗相间平行等距。
明 纹
4 3 2 1 0I 1 2 3 4
10
复色光源的干涉条纹 若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。
xk
kD
a
当用白光照射双缝时，由于波长不同，同一级明纹
的位置不同，
《波动光学》PPT课件 (2)
原子发出的每一列光波是一段有限长的、振动
方向一定、振幅不变或缓慢变化的正弦波。
每一波列持续时间约为
波列
109s
波列长度的数量级为L = 0.1 m 因波列持续时间过短，两
波列长L = c
波列的干涉现象无法觉察。
精选ppt
10
两列波为相干波的条件：频率相同，振动方向 相同，在相遇点有恒定的相位差。
波列再令其重叠发生干涉。
为得到明显的干涉现象，还必须满足：
▪ 在相遇点两列光波的光程（几何路程与介质折射 率的乘积）不能相差太大
相干长度 一波列长
路程 r1
应尽量接近 介质折射率 n1
光程差
路程 r2
r1n1- r2n2 介质折射率 n2
▪ 在相遇点两列光波的振幅不能相差太大
精选ppt
12
通常产生相干光源的两种方法： ▪ 分波阵面法
表现为波动
表现为粒子
解释传播过程（反射、 折射、干涉、衍射和偏 振）中发生的现象
解释与实物作用过程 （光的吸收与发射） 中发生的现象
本章主要介绍光的波动性，光的粒子性在近 代物理中介绍
精选ppt
3
第 一 部 分 光 的 干 涉
精选ppt
4
§18-1 光源 光的相干性 §18-2 由分波阵面法产生的光的干涉 §18-3 光程和光程差 薄透镜的一个性质 §18-4 由分振幅法产生的光的干涉 §18-5 迈克耳孙干涉仪
d2
精选ppt
17
2.杨氏双缝干涉的特点
▪ 单色光干涉，相邻明条纹（或暗条纹）的间距为
x D
d
明条纹间距 明条纹间距
x
x
干涉条纹等距离分布
▪ 白光干涉，只有中央明条纹是白色，其它条纹发 生重叠，形成彩色条纹
波动光学 施卫主编ppt课件
2e
2
(R e)2 r2 R2
R2 2 Re e2 r2 R2
e2 0
e
r2 2R
2e r2
2R2
=
+
{+ (
Kλ 2k
+1)
λ 2
明纹 暗纹
R re
26
r
(k
1 2
)R
k= 1,2,...
明环
r kR
讨论：
k =0 ,1, 2, ...
暗环
（1）、 从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？ （2）、 属于等厚干涉；
二、菲涅耳双镜实验
点光源
s
*
s 1 * M1
s2 *
镜子
Cα
虚光源
1 2
1
M2 2
屏
A
B
9
三、洛埃镜实验
点光源
A
A
s1 *
.
s2 *
M
P
B
B
虚光源
反射镜
屏
当屏移到如图位置时，P 点出现暗条纹。这一结论证
实，光在镜子表面反射时有相位突变π，这种现象称为半
波损失。
10
入射波
n1 n2
反射波 折射波
AC
tg AB/ 2
e
i
D
2
n1
i
n2 A r
r
B e
C
光程差：
2e
n22 n12Sin2i
2
明暗条 纹条件
=
{
+ +(
Kλ 2k
+1)
λ 2
明纹
( k =0,1,2,... )
2020年南师附中高中物理竞赛辅导课件17波动光学(共17张PPT)
宽a=0.1mm。求(1)中央明纹宽度; (2)
第一级明纹宽度
解： 中央明纹宽度
xf tg1f sin1
fl
a
P1
x
1
0
f
l0 2x
2 fl
a
20.550001010 0.1103
5mm
第一级明纹宽度为第一级暗纹和第
二级暗纹间的距离
lfsin 2fsin 1
fl
f
(2l
a
l)
a
2.5mm
a
THE END 祝大家竞赛顺利、学业有成
n为奇数：剩一个波带未被抵消
----明纹
asin
2k
l
2
----暗纹
asin(2k1)l
2
----明纹
k1,2
asin 不等于l/2的整数倍时, 光强
介于最明与最暗之间
讨论： 中央明纹：两第一级
E 1
暗纹中心间的明纹
半角宽 线宽度
0 1sin1
l a
x0 2f tg 2f
2 fl
a
其它相邻明(暗)纹的间距是中央亮 纹宽度的一半
72.成功是一种观念，成功是一种思想，成功是一种习惯，成功是一种心态。 77.这个世界没有理所当然，对你好有的时候是看你可怜别总拿别人的好当应该。 33.如果有天我们湮没在人潮之中，庸碌一生，那是因为我们没有努力要活得丰盛。 24.现实逼我去选择，就算还是很迷茫，未来的路我还是要自己扛。 66.生活本来就不易，不必事事渴求别人的理解和认同，静静的过自己的生活。心若不动，风又奈何。你若不伤，岁月无恙。 22、我们一直喜欢利用自然的方式来改变人生的棘手道路，但很少承认，现实的本性实际上并不是我们力所能及的，而是两只手无所作为。 90.我从不把安逸和快乐看作是生活的本身--这种伦理基础，我叫它猪栏的理想。
波动光学实验报告
波动光学实验报告《波动光学实验报告1：奇妙的光的干涉》我一直对光充满好奇，就像我好奇为什么彩虹有那么多颜色一样。
有一天，老师说要带我们做光的干涉实验。
我心里就想：“光还能干涉？这得多神奇啊！”那天，我和同桌一起走进实验室。
实验室里摆放着各种仪器，就像一个神秘的科学城堡。
我对同桌说：“你看这些东西，感觉就像魔法师的工具。
”同桌笑着回答：“哈哈，那我们今天就是小魔法师啦。
”我们按照老师的指示，小心翼翼地调整着仪器。
光线透过狭缝，在屏幕上形成了明暗相间的条纹。
我惊讶地叫起来：“哇，你看这个，就像水波的涟漪一样，一道一道的。
”同桌也瞪大了眼睛说：“真的耶，光好像变成了有规律的水波呢。
”就像我们在池塘里扔两颗石子，水波会相互叠加一样，光的干涉也是这么奇妙。
这让我觉得，原来看似普通的光，背后有着这么不普通的秘密，就像每一个平凡的人都可能有着不平凡的内心世界。
《波动光学实验报告2：光的衍射现象真有趣》“光的衍射？这是什么呀？”我挠着头问老师。
老师笑着说：“等你做了实验就知道啦，很有趣的。
”我带着满心的疑惑走进实验室。
我看到那些仪器，心里有点发怵，这可怎么摆弄啊？旁边的同学看出了我的担心，对我说：“别怕，我们一起研究。
”我们开始动手操作。
当光线通过小孔的时候，我看到屏幕上出现了一个很大的光斑，光斑周围还有一圈一圈的模糊条纹。
我简直不敢相信自己的眼睛，我说：“这怎么像一个发光的小怪物啊，中间大，周围还有一圈圈的东西。
”同学哈哈大笑着说：“你这个比喻还挺形象呢。
”这就好比我们透过一个小缝隙看外面的灯光，灯光好像变得不那么规则了。
光的衍射就像一个调皮的孩子，总是以一种意想不到的方式出现。
这让我明白，很多事情不能只看表面，就像光一样，表面是直线传播，可还有衍射这种奇妙的现象呢。
《波动光学实验报告3：探索光的偏振》“光还有偏振？这听起来好高级啊。
”我在心里嘀咕着。
同学们也都叽叽喳喳地讨论着，感觉像是一群小麻雀发现了新食物。
2024年大学物理波动光学
大学物理波动光学摘要：波动光学是大学物理课程中重要的组成部分，主要研究光的波动性质及其在介质中的传播规律。
本文主要介绍了波动光学的基本概念、波动方程、干涉现象、衍射现象、偏振现象以及光学仪器等，旨在为读者提供系统的波动光学知识，为进一步学习和研究打下基础。
一、引言波动光学是研究光波在传播过程中所表现出的波动性质的科学。
光波是一种电磁波，具有波动性、粒子性和量子性。
波动光学主要关注光的波动性质，研究光波在介质中的传播、反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象。
波动光学在科学技术、工程应用、日常生活等领域具有广泛的应用，如光纤通信、激光技术、光学仪器等。
二、波动方程波动方程是描述波动现象的基本方程。
光波在真空中的传播速度为c，介质中的传播速度为v。
波动方程可以表示为：∇^2E(1/c^2)∂^2E/∂t^2=0其中，E表示电场强度，∇^2表示拉普拉斯算子，t表示时间。
该方程描述了光波在空间和时间上的传播规律。
三、干涉现象1.极化干涉：当两束相干光波在空间某点相遇时，它们的电场矢量方向相同，相互加强，形成明条纹；当电场矢量方向相反，相互抵消，形成暗条纹。
2.非极化干涉：当两束相干光波在空间某点相遇时，它们的电场矢量方向垂直，相互叠加，形成干涉条纹。
四、衍射现象衍射现象是光波传播过程中遇到障碍物或通过狭缝时产生的现象。
衍射现象的本质是光波的传播方向发生改变，使得光波在空间中形成干涉图样。
衍射现象可以分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两种：1.菲涅耳衍射：当光波通过狭缝或障碍物时，光波在衍射角较小的情况下发生的衍射现象。
菲涅耳衍射的衍射图样与狭缝或障碍物的形状、大小以及光波的波长有关。
2.夫琅禾费衍射：当光波通过狭缝或障碍物时，光波在衍射角较大的情况下发生的衍射现象。
夫琅禾费衍射的衍射图样与狭缝或障碍物的形状、大小以及光波的波长有关。
五、偏振现象偏振现象是光波在传播过程中，电场矢量在空间某一方向上振动的现象。
偏振光具有方向性，其电场矢量只在一个特定方向上振动。
2024版大学物理物理学波动光学ppt教案
大学物理物理学波动光学ppt教案•波动光学基本概念与原理•干涉现象及其应用•衍射现象及其应用•偏振光及其应用目录•波动光学实验方法与技巧•课程总结与拓展延伸01波动光学基本概念与原理光具有电磁波的基本性质，包括电场和磁场的振动以及传播速度等。
光是一种电磁波光的波动性表现光的波粒二象性光具有干涉、衍射、偏振等波动性质，这些性质是光作为波动现象的重要表现。
光既具有波动性质，又具有粒子性质，这种波粒二象性是量子力学中的基本概念。
030201光的波动性质1 2 3描述光波传播的基本方程，包括振幅、频率、波速等参数。
波动方程波速等于波长乘以频率，这一关系在波动光学中具有重要意义。
波速、波长、频率关系不同波长的光在介质中传播速度不同，导致光的色散现象。
色散现象波动方程与波速、波长、频率关系光的偏振现象及原理偏振现象光波中电场矢量的振动方向对于光的传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。
偏振光的产生通过反射、折射、双折射和选择性吸收等方法可以获得偏振光。
偏振光的检测通过偏振片、尼科耳棱镜等可以检测偏振光。
干涉和衍射现象概述干涉现象01两列或几列光波在空间某些区域相遇时相互加强，在某些区域相互减弱，形成稳定的强弱分布的现象。
产生干涉的条件是波的频率相同，振动方向一致，相位差恒定。
衍射现象02光绕过障碍物继续向前传播的现象叫做光的衍射。
产生明显衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波长相差不大或比波长小。
干涉和衍射的应用03干涉和衍射现象在光学测量、光学信息处理等领域有广泛应用。
02干涉现象及其应用03干涉条纹特点等间距、等光程差、明暗相间。
01双缝干涉实验装置与原理通过双缝的相干光源产生干涉现象，观察干涉条纹的分布和变化。
02干涉条件分析满足相干条件的光源，如单色光、点光源等，以及合适的双缝间距和屏幕距离。
双缝干涉实验及条件分析光在薄膜上下表面反射后产生干涉现象，形成彩色条纹。
薄膜干涉原理肥皂泡、油膜等薄膜干涉现象的观察和分析。
大学物理 物理学 课件 波动光学
为定域干涉。
应用：
•测定薄膜的厚度； •测定光的波长；
例8－3．如图所示，在折射率为1.50的 平板玻璃表面有一层厚度为300nm，折 射率为1.22的均匀透明油膜，用白光垂 直射向油膜，问：
1)哪些波长的可见光在反射光中产生 相长干涉? 2)若要使反射光中λ=550nm的光产生相 消干涉，油膜的最小厚度为多少?
黑体辐射、光电效应、康普顿效应
四、光学的分类
• 几何光学
以光的直线传播和反射、折射定律为基础，研究光学仪 器成象规律。
• 物理光学
以光的波动性和粒子性为基础，研究光现象基本规律。
• 波动光学——光的波动性：研究光的传输规律及其应用的 学科
• 量子光学——光的粒子性：研究光与物质相互作用规律及 其应用的学科
*②若把整个实验装置置于折射率为n的介质中，
明条纹： =条纹： =n(r2-r1)=±(2k+1)λ/2 k=0,1,2,3,…
或 明条纹：r2-r1=2ax/D=±kλ/n=±kλ’ k=0,1,2,…
暗条纹：r2-r1=2ax/D=±(2k+1)λ/2n
本章学习内容：
波动光学：光的干涉、衍射、偏振
光的干涉和衍射现象表明了光的波动性， 而光的偏振现象则显示了光是横波。光波作为 一种电磁波也包含两种矢量的振动，即电矢量 E和磁矢量H，引起感光作用和生理作用的是其 中的电矢量E，所以通常把E矢量称为光矢量， 把E振动称为光振动。
§8－1 光波及其相干条件
6、讨论
Δx=Dλ/2a
*（1）波长及装置结构变化时干涉条纹的移动和变化
①光源S位置改变： •S下移时，零级明纹上移，干涉条纹整体向上平移； •S上移时，干涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。
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研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新
中国设备工程 2018.09 (下)
1 Sagnac 偏振干涉实验原理
如图1所示，He-Ne 激光器发出的光，经过1/4波片和半波片后形成水平线偏振光，再经过偏振分束器后分为水平线偏振光和垂直线偏振光。
其中水平线偏振光路线M3M2SVPPQWPHWPQWPM1PBS，垂直线偏振光路线经过M1QWPSVPPM2M3PBS。
最后两束光在PBS 处合为一束光输出。
输出的光再经过衰减器和偏振器后用CCD
对图像进行读取。
图1 Sagnac 偏振干涉仪光路图
2 实验测试
如图2所示，其中图片中的箭头符号表示线偏振器《波动光学》课程中
光束涡旋相位的实验演示与研究
林旭靖，陈润东，陈伟成，谢嘉宁，苏志锟
（佛山科学技术学院光电信息工程系，广东 佛山 528000）
摘要：相位是光的重要特性之一，涡旋光束具有螺旋形波前结构、光强呈环形分布、确定的轨道角动量、存在着相位奇点等，其在光学信息传输、光学微操纵、显微成像、激光微加工等领域中得到广泛的应用。
因此，关于涡旋光束的研究成为了现代光学中的一个重要研究领域。
涡旋光束的拓扑荷数是涡旋光束的一个重要的属性，拓扑荷数是区分不同涡旋光束的一个重要特征。
本文的重点就是应用Sagnac 偏振干涉仪对涡旋的光束的拓扑荷数测量方法进行研究。
关键词：螺旋；干涉仪；拓扑荷
中图分类号：TE921 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）09（下）-0170-02
m=3 m=4
m=5 m=8
图2 当=且=0时，m=3，4，5，8生成的光强分布
项目资助：广东省高等教育教学改革项目；广东省应用型人才培养课程建设项目；佛山科学技术学院2017年度学生学术基金；佛山科学技术学院物理与光电工程学院创新人才培养教改/科研基金项目。
171
中国设备
工程
Engineer ing hina C P l ant
中国设备工程 2018.09 （下）我国现在经济飞速发展，公路项目的施工进度也越来越快，对我国经济的发展起到了非常重要的作用。
但是，在我国公路项目施工的安全管理问题中，工作的效果并不是特别理想，经常发生一些各式各样的安全事故。
因此，亟需对公路工程施工安全管理要点进行详细探究。
1 二级公路的施工特点
1.1 安全任务艰巨
在二级公路项目的施工过程中，安全可以说是一项艰巨而长期的任务，必须要将安全问题放在突出的位置上，并且给予高度的关注。
根据我国二级跨越式的战略发展部署，运输能力需要建立在大量的基础建设施工与技术改建设施的基础上进行快速扩充。
随着现代的路网通道以及二级公路的不断发展建设，再加上重点枢纽区域的改造，让二级公路在施工上的任务越来越重。
施工与运输之间的矛盾也开始日益明显，施工中所面临的安全问题会进一步增大，对此，必须加强施工安全管理，并且采取行之有效的对策以及措施，才能确保持续的安
全施工。
1.2 形式复杂
二级公路施工安全管理是一项非常复杂的系统工程，需要统筹形成协调的整体性攻坚合力。
施工的安全管理不仅仅是某一个部门的事或者只是单纯的工务，更涉及到非常多的相关单位，涉及面非常广泛，结合的部门众多，难度系数非常高，因此必须让单位的主要领导亲自担任负责人，进行统筹性安排、各个相关部门积极协调工作、最大限度发挥出系统的优势、强调责任制度的落实，最终形成整体合力。
特别要加强重视结合部门的管理工作，预防脱节以及失控的情况发生，提高整体的综合安全管理水平，让安全生产的主动权能够牢牢掌握在手里。
1.3 综合性较强
二级公路项目施工安全可以说是一项综合性的学科，必须依照“紧密严实”的方针进行组织实施，要提倡高标准，每一次的施工组织计划以及施工组织方案都必须要经过精心的设计、精心的组织，最终达到精益求精的状态。
并且要从小地方着手，不能放过任何一个会涉及到施工安全的细节，所有的施工安全措
浅析二级公路施工的安全管理
谢咏龙
（贵州省晴隆公路管理段，贵州 晴隆 561400）
摘要：二级公路工程施工项目具有系统性、复杂性的特点，为了全面确保二级公路工程施工安全，建筑企业就必须要加强二级公路工程安全管理。
本文首先对二级公路的施工特点进行介绍，然后对二级公路施工安全管理工作进行分析，并对施工中的安全管理要点进行详细探究。
关键词：二级公路；特点；危险源；安全管理
中图分类号：U415.12 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）09（下）-0171-02
的偏振方向。
当光路中没有加线偏振器时，形成的是一个圆形涡旋光束，随着涡旋光束拓扑荷数的增加，整个光斑的形状随之增加，涡旋光束的暗核大小也随之变大；当光路中加入的线偏振器水平或者垂直时，CCD 测得的是一个个亮斑，亮斑的数量为2m 个，并且光斑的形状和中间暗核也随着拓扑荷数m 的增加而增加。
偏振光与偏振器的偏振方向的夹角越大，其投影到偏振方向的能量越小，因此，测得的图像是一个个亮斑。
3 结语
本文的重点是应用Sagnac 偏振干涉仪对涡旋的光
束的拓扑荷数测量方法进行研究。
由于光路的散射和损耗等实验误差，使得测试出来的涡旋光束和亮斑的光强分布不均匀，而且周围还有很多的杂光，这是本实验的不足之处。
参考文献：
[1]徐丽娟. 涡旋光束的产生及特性研究[D]. 浙江大学, 2014.[2]Li S M, Qian S X, Kong L J, et al. An efficient and robust scheme
for controlling the states of polarization in a Sagnac interferometric configuration[J]. Epl, 2014, 105(6):64006.。