南开大学光学工程内部课件Nov 16th

合集下载

大学物理光学与现代物理课件

大学物理光学与现代物理课件

大学物理光学与现代物理课件光学是研究光的传播、传输和相互作用的一门学科,是物理学的重要分支之一。

本课程将介绍光学基础知识以及现代物理领域中涉及到的一些光学原理和应用。

一、光学基础知识1. 光的本质及传播特性光是一种电磁波,能够在真空和介质中传播。

它具有波粒二象性,既可以被看作波动现象,又可以被看作粒子(光子)。

2. 光的干涉和衍射干涉是指两束或多束光相遇时的叠加效应,衍射则是光通过开口或者物体边缘时发生的偏折现象。

干涉和衍射实验是研究光波性质的重要手段。

3. 光的偏振光的偏振是指光中的电场矢量在特定方向上的振动。

线偏振、圆偏振和椭偏振是常见的偏振现象,它们在光学仪器和材料的应用中具有重要作用。

4. 光的折射和反射折射和反射是光线经过界面时发生的现象。

根据斯涅尔定律和光的反射定律,可以计算光线的折射角和反射角。

这在光学元件的设计和应用中有着重要的意义。

二、现代物理中的光学应用1. 激光原理和应用激光是一种具有高度一致性和单色性的光源。

它在光通信、医疗、科学研究等领域都有广泛的应用。

本节将介绍激光的产生原理、特性以及常见的应用领域。

2. 光纤通信光纤通信是一种利用光纤进行信息传输的技术。

光纤具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等优点,被广泛应用于现代通信系统中。

3. 光电子学光电子学是研究光与电子相互作用的学科。

在光电子学中,光电效应、光电倍增管、光电二极管等器件的原理和应用是重点内容。

4. 光谱学光谱学是研究光的频谱和与物质相互作用的学科。

通过光谱分析,可以研究物质结构、物质的化学成分、天体物理等问题。

5. 光学成像光学成像是利用光通过光学元件对物体进行成像的技术。

其应用广泛涉及到光学显微镜、望远镜、相机等领域。

结语本课程介绍了光学的基础知识和现代物理中的光学应用。

通过学习本课程,可以加深对光学原理和现代光学技术的理解,为进一步深入研究和应用光学奠定基础。

同时,希望本课程对学生的物理学习和科学研究有所帮助。

光学-课件全集

光学-课件全集

a
n1
i1
a1
D B
n2
A
i2
n1 C
a2
d
由折射定律和几何关系可得出:
n1siin 1n2siin 2
AD AB siin1
AC C Bd/coi2s AB2dtain2
1、非相干叠加 独立光源的两束光或同一光源的不同部位所发出 的光的位相差“瞬息万变”
1
0
cosdt0
II1I2
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
II1I22I1I2co s
位相差恒定,有干涉现象
若 I1 I2
§1.1.5 相干与不相干叠加
矢量合成方法
x1A 1cots (1)0
x 2 A 2 co t s 2) ( 0

A
AA 12A2 22A 1A2co2s0 (1)0
A2
y2
y2
y
0arcA A 1 1tc sa io1 1 n n s0 0 A A 2 2c sio2 n 2s 0 0O
3、光强 光波是电磁波。 光波中参与与物质相互作用(感光作用、生理
作用)的是 A 矢量,称为光矢量。 A 矢量的振动称为光振动。
光强:在光学中,通常把平均能流密度称为光强, 用 I 表示。
I A2
机械波的独立性和叠加性
发生干涉的条件: 1、频率相同 2、观察时间内波动不中断 3、相遇出振动方向几乎在同一直线上 干涉现行的特性:
2d
k0,1,2…
干涉加强
干涉减弱
明纹位置
暗纹位置
两相邻明(或暗)条纹间的距离称为条纹间距。

南开大学光学工程内部课件Sep 7th

南开大学光学工程内部课件Sep 7th

Brief history of optics (cont’ed)
平面镜 (《经下》19/—/42· —) 经:景迎日。说在转。 影子可以由反射(迎)太阳(的光线)形 成。理由在于翻转
经说:景,日之光反烛人,则景在日与人之间。
如果太阳之间
Brief history of optics (cont’ed)

母国光 战元龄著 《光学》 人民教育出版社
参考书目
ftp://202.113.227.137 Username: optics Password: optics-nk
/opt/index/
/course/optics/
《淮南万毕术》,公元前120左右,淮南王刘安及 其门客的著作。记录了用冰制作透镜的方法: “削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火生。” 还记录了潜望镜的雏形:“取大镜高悬,置水盆 于其下,则见四邻矣。”
Brief history of optics (cont’ed)

谭峭《化书》,约公元940年(南 唐)。书中有一段十分有趣的记 录:小人常有四镜。一名圭,一 名珠,一名砥,一名盂。圭视者 大,珠视者小,砥视者正,盂视 者倒。观彼之器,查我之型,由 是无大小,无短长,无妍丑,无 美恶。描述的很有可能是四种透 镜的成像性质。圭是双凹发散透 镜,珠是双凸透镜,砥是平凹透 镜,盂是平凸透镜。
一个受到光照射的人,看起来就好像他在发射出(光线)一样。人的下 部成为(像的)上部,而人的上部成为(像的)下部。人的脚(好像发 出)光在下方被遮蔽(即照到了针孔的下方),(但另一些光线)在上 方成像。人的头(好像发出)光在上方被遮蔽(即照到了针孔的上方), (但另一些光线)在下方成像。在(离开光源、反射体或像)较远或较 近的某个位置上,有一个距激光的点(端)(即针孔),结果像就只被 允许通过聚集之处(库)的光线所形成

南开大学光学工程内部课件Oct 19th

南开大学光学工程内部课件Oct 19th

E1 (r , t ) E01 exp i(k1 r t 1 ) E2 (r , t ) E02 exp i(k2 r t 2 ).
Two plane waves meet at P
Superposition of two beams

The transmitted light is incident onto a screen containing two narrow slits
Young’s Double Slit Experiment

The symmetric narrow slits, S1 and S2 act as the two light sources The waves from the two slits come from the same source S0 and therefore are always in phase.
m


= 0, ±1, ±2, …
Interference Equations

Y:measured vertically from the zeroth order maximum Assumptions


L >>d,
d >>λ

y =LtanθLsinθ
I I1 I 2 2 I1I 2 cos(kd sin ) I1 I 2 2 I1I 2 cos(kdy / L)

Other Coherent Sources

Currently, it is much more common to use a laser as a coherent source The laser produces an intense, coherent,

南开大学光学工程内部课件Nov-16th

南开大学光学工程内部课件Nov-16th

If the primary wave was simply to propagate
from S to P, it is
E
0
e i[t k ( r0 )]
r0
The two equations must be exactly the same. So we introduce a /2 phase difference between the primary wave and the secondary wave to make the two equations so.
dS d 2 ( sin )
Fresnel Dif2 2( r0 )cos
So
dS 2 rdr. Constant!!! r0
We have
El
(1)l 1
2Kl A r0
equation (a) becomes
E E1 Em
2
2
Fresnel Diffraction
From equation (b) we have
E
E1

E2 2

E m 1 2

Em
Since K() goes from 1 to 0 over a great many zones, we can neglect any variation between adjacent zones, i.e. │E1│= │E2│, │Em-1│= │Em│. So

Em 2
)
Em 2
(a)
or
E
E1

E2 2
(
E2 2

E3

E4 2

南开大学光学工程内部课件Lecture 2

南开大学光学工程内部课件Lecture 2
—— Range Instrumentation prism, right.
BM 60 90 right
Ray Tracing
Reflection from Flat Surface
—— Range Instrumentation prism, left, roof.
BM 100 90 left roof
CR 180 roof
Ray Tracing
Reflection from Flat Surface
—— Rhomb prism. It has two reflective faces 斜方棱镜,又名菱形棱镜
BC 0 (Rhomb)
Ray Tracing
Reflection from Flat Surface
Reflection from Flat Surface
—— Isosceles prism, three reflective faces, roof
CR 45 roof (Schmidt)
Ray Tracing
Reflection from Flat Surface
—— Isosceles prism, three reflective faces, roof

Reflection Prism
—— Isosceles prism (Classification code: R), single reflective face. 等腰棱镜(代号:D), 一次反射型
The Dove Prism (AR45)
Ray Tracing
Reflection from Flat Surface
• In fact, if the UV and IR are included, most any substance will sow some absorption. So anomalous dispersion exist somewhere throughout the spectrum

大学光学L绪论PPT学习教案

大学光学L绪论PPT学习教案

解: 水相对于空气的折射率为 n (n 4 / 3)
根据折射定律,有
O
y' y
Q'
x
i2
i1 M

空 气

n1 sin i1 sin i2
Q
y x tan i1
y' x tan i2
y' y tan i1 y sin i1 cos i2 y 1 n2 sin2 i1
tan i2 sin i2 cos i1
第18页/共47页
5)光强定义为一个平均值的原因
响应时间:能够被感知或被记录所需的最短时间 人眼的响应时间:t 0.1s
109 s 最好的仪器的响应时间大约:
T 1015 s
光波的振动周期:t T
人眼和接收器只能感知光波的平均能流密度 有实际意义的是光波的平均能流
第19页/共47页
三、光 谱
n1;n2
第30页/共47页
n1 sin i1 n2 sin i2
斯涅尔定律(W.Snell )
介质折射率不仅与介 质种类有关,而且与光 的波长有关。在同一种 介质中,长波折射率小 ,短波的折射率大。
第31页/共47页
[例题1] 在水中深度为y 处有一发光点Q,作QO垂直于水面,求射
出水面折射线的延长线与QO交点Q '的深度 y 与' 入射角 i1 的关系
1)单色光:仅有单一波长的光叫单色光,否则 是非单色光。
2)谱密度: dI ~ d i() dI
d
3)光谱:谱密度随波长变化的分布曲线
I 0 dI 0 i()d
4)连续光谱:光谱随波长的变化分布连续叫做
连续光谱
第20页/共47页

《光学基本知识讲座》课件

《光学基本知识讲座》课件

光学在军事中的应用
总结词
光学技术在军事侦察和武器系统中的应用
详细描述
光学技术在军事领域的应用包括红外侦察、 激光雷达、瞄准和测距等。这些技术提高了 军事侦察和武器系统的精度和效率,对现代
战争的胜负具有关键作用。
04
光学发展历程
光学发展史简介
古代光学
古代文明对光的研究和利用,如反射、折射等简单光 学现象的发现和应用。
全息摄影技术
总结词
全息摄影原理及应用
详细描述
全息摄影技术利用光的干涉和衍射原理,记 录并重现三维物体的光波信息。全息照片具 有立体感和视角任选的特性,广泛应用于产 品展示、艺术创作和安全识别等领域。
光学在医学中的应用
总结词
光学在医学诊断和治疗中的应用
详细描述
光学技术在医学领域具有广泛的应用 ,如光学显微镜用于细胞观察,激光 用于手术切割和眼科治疗,以及光学 成像技术用于无创检测和诊断。
文艺复兴时期
科学方法的兴起,对光的本质和传播方式的研究逐渐 深入。
19世纪
光学理论体系逐渐完善,如波动光学和几何光学的发 展。
光学重大发明和发现
01
02
03
牛顿的棱镜实验
揭示了白光是由不同颜色 的光组成,奠定了光谱学 的基础。
干涉现象的发现
为波动光学的建立提供了 重要依据。
激光的发明
开创了光学的新领域,对 科技、工业、医疗等领域 产生了深远影响。
实验材料
光源、衍射板、屏幕等 。
Hale Waihona Puke 实验步骤将光源对准衍射板中心 ,调整光源与衍射板距 离;观察衍射现象并记
录。
注意事项
注意保护眼睛,避免直 接照射光源;调整仪器
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
If the primary wave was simply to propagate from S to P, it is
E
0 r0
e
i [t k ( r0 )]
The two equations must be exactly the same.
So we introduce a /2 phase difference between the primary wave and the secondary wave to make the two equations so.
2 It is approximately equal to one half of the contribution from the first zone, i.e.
E
E1
E
K 1 A e
i [t k ( r0 )]
r0
i
Fresnel Diffraction
Fresnel Diffraction
If m is odd, the series can be reformulated in two ways, either as:
E E1 2 ( E1 2 2 E2 E3 2 )( Em 2 E3 2 E4 E5 2 )
... (
To map the rest of the pattern, we now move the sensor along any line perpendicular to the axis. For off-axial point P, some zones are partially obscured. At certain position, the sum of all partial zones “saw” by P is zero. As P move radically outward, we detects a series of relative maxima and minima.
Fresnel Diffraction
If m is even, since Km0, and each adjacent contribution is nearly equal,
E ( E1 E 2 ) ( E 3 E 4 ) ... ( E m 1 E m ) 0
Fresnel Diffraction
Off the axis, a whole series of concentric bright and dark rings will surround the central spot.
பைடு நூலகம்
i [t k ( r0 )]
r0
i
Fresnel Diffraction
The sum of the optical disturbance from all m zones at P is
E E1 E 2 E 3 ... E m E1 E 2 E 3 ... E m
r0 If the aperture has a radius R, to a good approximation, the number of zones within it is simply
R 2
A ( r0 ) R
2
A

r0
r0
Fresnel Diffraction
Fresnel Diffraction
We can gain a better appreciation of the actual size of the things we are dealing with by computing the number of zones in a given aperture. The area of each zone is:
Fresnel Diffraction

Circular obstacles
If the opaque obstacle, be it a disk or sphere, obscures the first m zones, then
E Em 1 Em 2 ... Em
E
E2 2

Em 2
Fresnel Diffraction
We conclude from above that
E E1 2 Em 2
This same result is obtained in the case when
El ( El 1 El 1 ) / 2
Fresnel Diffraction
with experimental observations.
K ( )
i 2
(1 cos )
Fresnel Diffraction

Circular apertures —— Spherical waves
Consider that a monochromatic spherical wave incident on a screen which has a small hole.
Fresnel Diffraction
Fresnel’s procedure applied to a point source can be used as a semiquantitative method with which to study diffraction at a circular aperture. First we consider the irradiance arriving a very small sensor placed at point P on the symmetry axis. Let us assume that the sensor at P “sees” an integral number of zones m, filling the aperture.
El ( El 1 El 1 ) / 2
equation (a) becomes
E E1 2 Em 2
Fresnel Diffraction
From equation (b) we have
E E1 E2 2 E m 1 2 Em
Since K() goes from 1 to 0 over a great many zones, we can neglect any variation between adjacent zones, i.e. │E1│= │E2│, │Em-1│= │Em│. So
dS d 2 ( sin )
Fresnel Diffraction
r ( r0 ) 2 ( r0 ) cos
2 2 2
So
dS 2
We have
E l ( 1)
r0
rdr. Constant!!!
l 1
2 Kl A e
│Em│now approaches zero because Km0. Repeating the same procedure as in circular hole yields
E E m 1 2
Fresnel Diffraction
There is a bright spot everywhere along the central axis except immediately behind the circular obstacle (as P moves to the disk, increases, Km+10 and the irradiance gradually falls off to zero). The spot is called Poison’s Spot. If the disk is large, the (m+1)th zone is very narrow and any irregularities in the obstacle’s surface may seriously obscure that zone. For Poison’s spot to be readily observable, the obstacle must be smooth and circular.
dE K
A
r
e
i [t k ( r )]
dS
A is the source strength per unit area. The obliquity factor must vary slowly and may presumed constant over a single Fresnel zone
When the last term │Em│ corresponds to an even m, the same procedure leads to
E
E1 2

Em 2
Fresnel Diffraction
For a unobstructed wavefront, │Em│= 0
because K() for mth zone is 0. So
If m is not an integer, i.e. a fraction of a zone appears in the aperture, the irradiance at P is somewhere between zero and its maximum value.
Fresnel Diffraction
So I0.
Fresnel Diffraction
If m is odd
相关文档
最新文档