南开大学光学课件Nov. 23nd

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《大学物理光学》PPT课件(2024)

《大学物理光学》PPT课件(2024)
16
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束,再经过反射镜反射后汇聚到一点,形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度,可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件,观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等,可以 研究光电效应、康普顿效应等 现象表明光具有粒子性, 即光量子(光子)。
波粒二象性的统一
光既具有波动性又具有粒 子性,二者是统一的。在 不同条件下,光表现出不 同的性质。
4
光的传播速度与介质关系
真空中的光速
在真空中,光的传播速度最快,约为 3×10^8 m/s。
光速与波长、频率的关系
2024/1/30
24
光学存储技术原理及应用
光学存储技术的分类
只读型、一次写入型和可重写型
光学存储技术的原理
利用激光束在存储介质上形成微小坑点来记录信息
光学存储技术的应用
数字音频、视频、图像和计算机数据的存储
2024/1/30
光学存储技术的优缺点及发展前景
容量大、保存时间长,但读写速度相对较慢
25
应用
透镜广泛应用于摄影、望远镜、 显微镜等光学仪器中,用于实现 物体的放大、缩小和成像等功能 。
10
反射镜成像原理及应用
成像原理
反射镜通过反射光线来改变光线的传 播方向,从而形成像。反射镜的成像 规律遵循光的反射定律和光路可逆原 理。
应用
反射镜广泛应用于天文望远镜、激光 测距仪、光学干涉仪等光学系统中, 用于实现光线的反射、聚焦和成像等 功能。
光学传感器种类及工作原理
光学传感器的分类
光电传感器、光纤传感器、光谱传感器等

大学物理光学--光的干涉 ppt课件

大学物理光学--光的干涉  ppt课件

光波是电磁波, 包含 E和 H , 对人眼或感光物质 起作用的是 E, 称 E矢量为光矢量。 相对光强 I E 2 E是电场强度振幅
2、光源 光 是原子或分子的运动
状态变化时辐射出来 的 大量处于激发态的原子自发地 - 1.5 e V - 3.4 e V
跃迁到低激发态或基态时就辐 射电磁波(光波)。
即:光具有波粒二象性
ppt课件 3
§10.1 光的相干性
1、光的电磁理论要点
光速
光波是电磁波, 电磁波在真空中的传播速度
c
1
0 0
, 介质中 v
c
r r

c n r r v
1 nm =10-9 m
4
可见光的波长范围 400 nm — 760 nm
ppt课件
光强 I ——电磁波的能流密度
波 动 光 学
第10章
光的干涉
ppt课件 1
光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素
光的本性是什么?
两种不同的学说 ① 牛顿的“微粒说” 光是由“光微粒”组成 的。 特征:光的直线传播 、反射、折射等 ② 惠更斯的“波动说” 光是机械振动在一种所谓“以太”的 介质中传播的机械波。
特征:光的干涉、衍射和偏振等
r2
D
P x
o
x r2 r1 d sin d tan d D
k x d 当 D ( 2k 1)
干涉加强, x 处为明纹 k=0,1,2,…
2
干涉相消, x 处为暗纹 k=1,2,3,…
11
式中 k 为条纹级次 ppt课件
明纹中心的位置
nr
2
r

南开大学姚江宏特色大学物理课件光学3-3

南开大学姚江宏特色大学物理课件光学3-3

2 k '+ 1 l ( ne − no ) = klE λ = λ 2
2
k ' = 0,± 1,± 2, L
若去掉盒内电场,则没有光从 透出 透出。 若去掉盒内电场,则没有光从N透出。整个系统起 光开关”的作用。 “光开关”的作用。
20
∗克尔效应(电光效应) 克尔效应 电光效应) 电光效应 实验装置
α
Ao
O
8
偏振态的检验
步 骤 一 判断 操作 现象 两明 两零 线偏 振光 操作 把检偏振器迎着被检验光旋转一周 光强不变 自然光或圆偏光; 自然光或圆偏光; 转步骤二 光强两明两暗 椭圆偏振光
步 骤
在检偏器前插入λ/4片 在检偏器前插入λ/4片 在检偏器前插入λ/4片, 在检偏器前插入λ/4片,并使光 轴对着暗方位, 轴对着暗方位,再旋转检偏器 再旋转检偏器
11
2 2 2 A出⊥ = AeN + AON + 2 AON AeN cos δ ⊥
= 2 A 2 cos 2 α ⋅ sin 2 α (1 + cos δ ⊥ ) = 2 A 2 cos 2 α ⋅ sin 2 α [1 − cos δ ]
2 1.5 1 0.5 0 -10
δ = π ,3π ,5π ... 相干相长
00或900 α≠00 ,900,450
3. 偏振态的检验 (1) 自然光通过 波片 自然光通过1/4波片 仍然是自然光。 后,仍然是自然光。 (2) 振动方向和 1/4 波 片光轴垂直的线偏光, 片光轴垂直的线偏光, 出射的偏振态不变。 出射的偏振态不变。 (3) 椭圆偏光通过光 轴与其短轴方位一 致的1/4波片后 波片后, 致的 波片后,出 射线偏光。 射线偏光。 C A出 = A入 O C Ae A

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

南开大学光学——绪论

南开大学光学——绪论

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电话:23504571
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Nankai University
光在各向同性介质界面上的 反射和折射
晶体的光学性质 光与物质的相互作用
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CHANG Sheng Jiang, Institute of Modern Optics, Nankai University
主要参考书:
1. 新概念物理教程-光学,赵凯华; ----高等教育出版社, 2. 光学 (上下册), 赵凯华,钟锡华 ; ----北京大学出版社; 3. 光学, 母国光等. ----高等教育出版社;
2
光与物质相互作用的性质及特点
1. 线性作用过程:
-----非强光光场的线性叠加等;
2. 非线性作用过程: -----强激光与大气相互作用过程;
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CHANG Sheng Jiang, Institute of Modern Optics, Nankai University Nankai University
认为光是纵波,是一种在弹性媒质中传播的机械波;
------成功解释了光的反射和折射等现象;
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CHANG Sheng Jiang, Institute of Modern Optics, Nankai University
2. 托马斯 杨 和菲涅尔 (19世纪初) :
发现并解释了干涉、衍射现象,把波动理论大大推 向前进; -----通过偏振现象确认光是一种横波; -----初步测定了波长;


光学课程需要回答的问题:
1 2 3
光的本质是什么? 光与物质相互作用的性质及特点 光学能做什么?
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光学和光子学概述PPT讲稿

光学和光子学概述PPT讲稿
• 分波面干涉、分振幅干涉和分振动面干涉。
现在您浏览的位置是第九页,共三十八页。
四、光的衍射
• 1. 基本概念
• ① 衍射定义 • 光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影,
并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。
• ② 衍射条件
障碍物的线度和光的波长可以比拟
• ③ 衍射的分类
a. 菲涅耳衍射:近场、求和、点光源。 b. 夫琅和费衍射:远场、积分、平行光。
表2 霾、云和降水天气的物理参数
天气类型
霾M 霾L 霾H 雨M 雨L 冰雹H 积云C.1 云C.2 云C.3 云C.4
N (cm-3) 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 1000 m-3 10 m-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3
m 0.827 N A3 / 4
(9)
式中,m为瑞利散射系数(cm-l);N为单位体积中的分 子数(cm-1);A为分子的散射截面(cm2);为光波长 (cm)。
现在您浏览的位置是第二十页,共三十八页。
由于分子散射波长的四次方成反比。波
长越长,散射越弱;波长越短,散射越强烈。
故可见光比红外光散射强烈,蓝光又比红光
现在您浏览的位置是第八页,共三十八页。
三、光的干涉
• 1. 基本概念 • ①光的电磁理论 • 光是某一波段的电磁波, 其速度就是电磁
波的传播速度;可见光在电磁波谱中只占很小 的一部分,波长在 390 ~ 760 nm 的狭窄范围 以内。
• ②相干条件
• 频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
• ③干涉的分类
O2
4.7
9.6
从表1不难看出,对某些特定的波长,大气呈现出极为强烈的吸

南开大学光学工程内部课件Fresnel diffraction

南开大学光学工程内部课件Fresnel diffraction

(6)
(7)
Fresnel approximation for diffraction integral 3/4
The aperture is small compared to both r´ and s´ :
2 2 x 0 y 0 2 x 0 y 0 r r´ 3 r´ 2 r´ 2 r´ 2 2 x y 2 x y s s´ 3 s´ 2 s´ 2 s´
13 13 5 7 Q w 1 2 2 2 4 w w P w 1 1 3 5 1 3 5 7 9 2 2 3 2 5 w w w








We combine (22) into a comblex integral (27)
Fresnel’s integrals 1/7
The integral equation (10) can be written in the form
(12)
U P B C jS ,
(intensity I (P )=|B |2(C 2+S 2))
where (13)
B A C S j
1 2 1 cos r' s' 1 1 r' s'
2
2

2

2
u ,
2
(17)


2
v .
(18)
Then
dd

dudv
1 2 1 cos r' s'
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The angle of incidence for which the reflected beam is completely polarized is called the polarizing angle, θp Brewster’s Law relates the polarizing angle to the index of refraction for the material



The horizontal part of the electric field vector in the incident wave causes the charges to vibrate horizontally The vertical part of the vector simultaneously causes them to vibrate vertically Horizontally and vertically polarized waves are emitted
Birefringence
The molecular "spring constant" can be different for different directions.
Birefringence
The x- and ypolarizations can see different refractive index curves.
Birefringence can separate the two polarizations into separate beams
o-ray
no ne
e-ray
Due to Snell's Law, light of different polarizations will bend by different amounts at an interface.
Wire grid polarizer in the visible
Using semiconductor fabrication techniques, a wire-grid polarizer was recently developed for the visible.
The spacing is less than 1 micron.
Calcite
Calcite is one of the most birefringent materials known.
Birefringence
如:白纸上涂一黑点,将 方解石放在纸上,可观察到两 个黑点,旋转方解石,一个黑 点不动,另一个黑点旋转。
这种一束入射自然光进 入各向异性的晶体(如方解石 晶体)后变成两束折射光的现 象称为双折射现象。 双折射的两条光线都为线偏光,且在晶体内的传 播速度不同。
sin i n21 const sin r sin i const sin r
e光 o光
Optical axis of crystals
In uniaxial crystals, the refractive indices, and hence the velocities of the o and e waves become equal along a unique direction called optical axis.
- biaxial
IF n0 n1ORn0 n2
Huygen‟s Principle in Crystal
Surfaces parallel and perpendicular to the optic axis
(a) (b)
........................ . . . . . . . .. . . . . . .. . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . .
Light in anisotropic media
—— crystal optics, birefringence
(下册第七章)
Different Polarization
y
E-field variation over time (and space)
a
x
E-field variation over time (and space)
y
x
E-field variation over time (and space)
y
kz-wt = 90°
kz-wt = 0°
x
Polarization by Selective Absorption

The most common technique for polarizing light Uses a material that transmits waves whose electric field vectors in the plane parallel to a certain direction and absorbs waves whose electric field vectors are perpendicular to that direction
• K // optical axis, no=ne. o and e beam are collinear. • K optical axis |no-ne | and therefore the deviation between o and e beams reach maximum.
A
101.5
78.5
B
Doubly refracting crystals may be classified as uniaxial or biaxial.
Principle plane
晶体内任一光线和光轴所决定的平面称为此光线的主平面 。 • o 光、e 光都有各自的主平面 光轴
e光
71
• o光的振动方向与它的主平面垂直

n

sinq p cosq p
tanq p
θp may also be called Brewster’s Angle
Polarization by Scattering

When light is incident on a system of particles, such as a gas, the electrons in the medium can absorb and reradiate part of the light
Selective Absorption

E. Land found a material that polarizes light through selective absorption
He
called the material polaroid
The
oriented molecules readily absorb light whose electric field vector is parallel to their lengths and transmit light whose electric field vector is perpendicular to their lengths
Polarization by Selective Absorption

The principle of polarization: A transverse wave is linearly polarized when its vibrations always occur along one direction. (a) The rope passes a slit parallel to the vibrations, but (b) does not pass through a slit that is perpendicular to the vibrations.
Io
is the intensity of the polarized wave incident on the analyzer is known as Malus’ Law and applies to any two polarizing materials whose transmission axes are at an angle of θ to each other
(c) (a) and (b) are parallel to the optic axis while (c) is perpendicular.
IF n0 n1ORn0 n2
Therefore: If ne > no, material is said to be positive uniaxial. (e.g. quartz, no=1.543, ne=1.552) If ne< no, material is said to be negative uniaxial. (e.g. calcite, ne = 1.49, no = 1.66 at 600nm) The principal refractive indices are both measured perpendicular to the optic axis. Direction of the lesser index is called the fast axis because the speed of light is faster in that direction.
Wire Grid Polarizer
Input light contains both polarizations
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