光子学与光电子学第3章 光的干涉及衍射
研究光的波动特性干涉、衍射、偏振2021精选PPT
一定时 d 或D
x D
d
x ----条纹变稀疏
d 或D
x ----条纹变密集
d和D一定时
x
x
白光照射：中央明纹为白色，其它 各级为彩色，内紫外红
光强分布
6
II1I22I1I2cos 4
----I1、I2为两相干光单独
2
在P点处的光强
0
I
若 I1 I2 ，则
2
明纹光强 Im ax4I1
4 6
暗纹光强 Imin 0
如杨氏双缝实验 (已知Si: n1=3.
----同一时刻各原ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发出光波的频率、振动方向和相位各不相同
每级明或暗条纹与一定的膜厚 e相对应
由
知，光程差是入射角的函数，即光源不同位置发出的光，只要倾角相同，均对应同一干涉级k
分振幅法：利用光在两种介质分界面 数出 n和读出 d，可测光波波长
将面光源看成是无数个互不相干的线光源组成
相位差： 2
：光在真空中的波长
r1 n 1
r2 n 2
二.透镜的等光程性
AF和CF在空气中 A
传播距离长，在透 镜中传播的距离短 B
F
BF则相反
C
AF、CF和BF的光程相等，它们会聚 在F点，形成亮点
透镜不会引起附加的光程差
[例1]在杨氏双缝实验中，用折射率 n=1.58的透明薄膜盖在上缝上，并用 λ=6.32810－7m的光照射，发现中央 明纹向上移动了5条，求薄膜厚度
k
2k
讨论：
1
2
k1,2,----明纹 k0,1,2, ----暗纹
由 (i) 知，光程差是入射角的函
数，即光源不同位置发出的光，只要
第三章光学性能PPT课件
人眼最为敏感的光是黄绿光，即555nm附近。
第二节 光的反射和折射
①光在均匀介质中的直线传播定律；
②光通过两种介质的分界面时的反射定律 和折射定律；
③光的独立传播定律和光路可逆性原理。 •反射定律指出，反射线的方向遵从：
①反射线和入射线位于同一平面（即入射 面）内，并分别处在法线的两侧；
②反射角等于入射角。
如果第一介质为真空，则上式可写为
sini/sinr=n2
式中n2为第一介质相对于真空的相对折 射率，或第二介质的绝对折射率，简称
折射率。
折射率n的定义：
光在真空和材料中的速度之比即为材料 的折射率。
n=v真空/v材料=c/ v材
介质料的折射率永远是大于1的正数。
如空气 n=1.003， 固体氧化物 n=1.3～2.7， 硅酸盐玻璃 n=1.5~1.9。
第一节 光传播的基本理论
一、光的波粒二象性 二、光的波动性 三、光的干涉和衍射 四、光子的能量和动量 五、光通过固体的现象
一、光的波粒二象性
因斯坦理论中的光量子(光子)不同于牛顿微粒学说中的粒 子。他将光子的能量、动量等表征粒子性质的物理量与频 率、波长等表征波动性质的物理量联系起来，并建立了定 量关系。因此光子是同时具有微粒和波动两种属性的特殊 物质，是光的双重本性的统一。
方解石no=1.658，ne=1.486 刚玉no=1.760.，ne=1.768
❖材料所受的内应力
有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力 方向的n大，平行于主应力方向的n小。
❖同质异构体
在同质异构体材料中，高温时的晶型折射 率较低，低温时存在的晶型折射率高。如：
常温下的石英玻璃 n=1.46，最小 常温下的石英晶体 n=1.55，最大 高温时磷石英 n=1.47 高温时方石英 n=1.49
大学物理--光的干涉和衍射 PPT
E 2 E12 E22 2E1E2cos
其中
2
1
2
(r2
r1 )
8
E 2 E12 E22 2E1E2cos
在波动光学中,光强定义为
I E 2 1 E 2dt 0
即光强
I I1 I2 2
1
I1
I
2
(
cosdt )
0
1、非相干叠加
对普通光源来说,由于原子发光就是间歇得、随
2、相干叠加 I I1 I2 2
1
I
1
I
2
(
cosdt )
0
如果在观察时间内,相位差保持恒定,则合成
光强为
I I1 I2 2 I1 I2 cos
2 2 1 (r2 r1 )
可见,在相干叠加时,合成光强在空间形成强弱相
间得稳定分布。这就是相干叠加得重要特征。 11
I I1 I2 2 I1 I2 cos
反 2e n22 n12sin2i
+半=
(0, )
(k 1) 明纹 2 暗纹
暗纹 明纹
2
(k=0,1,2……)
f
S
a1 a2 反射光
D
i
C n1
e
Ar B
n2
b2 n3
b1
36
透射光
例题 一平板玻璃(n=1、50)上有一层透明油膜 (n=1、25),要使波长=6000Å得光垂直入射无反射,薄 膜得最小膜厚e=?
反射光没有半波损失. 反射光在A点与B点都有半波损失、
f
两反射光得光程差不加
半波损失项、
总结:
S
a1 a2 反射光 n1>n2>n3时, 或者
第章第单元光的干涉衍射和偏振现象
第十三章 第二单元
第26页
第二十六页，编辑于星期五：二十点 二十三分。
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核心考点导学
考向案例研究
限时规范特训
解析：普通光源直接发出的光是自然光，自然光沿各方向 振动的强度相同，A错D对，自然光经偏振片后成为偏振光，而 不可能再还原为偏振光，偏振光定义即为B，故B对C错．
答案：BD
第十三章 第二单元
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第十七页，编辑于星期五：二十点 二十三分。
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1．衍射与干涉的比较
两种现象 比较项目
单缝衍射
双缝干涉
条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
不 同 条纹间距 各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
点
亮度情况
中央条纹最亮，两边变暗
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a．光的路程差 r2－r1＝ kλ (k＝0,1,2…)，光屏上出现 明条纹．
b．光的路程差 r2－r1＝(2k＋1)2λ(k＝0,1,2…)，光屏上出 现暗条纹．
(ⅱ)白光：光屏上出现 彩色 是 白色 (填写颜色)．
条纹，且中央亮条纹
③条纹间距公式：Δx＝dl λ.
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第21页
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A．a、c
B．b、c
C．a、d
D．b、d
解析：a图中是等间距的光的干涉图样，b图是单色光的单
缝衍射图样，c图是水波的衍射图样，d图是白光的衍射图样，
光电子技术(第三章)3
光强度：光波在一个比振动周期大得多的时 间内的平均能流密度。
21
光的瞬时光强为
S EH wv v 0 r E v0 r H
2 2
用复指数表示：
1 S v 0 r E v 0 r E (r ) exp(it ) E (r ) exp(it ) 2 1 2 2 v 0 r E exp(2it ) E (r ) exp(2it ) 2 E E 4 取平均值为
Φ 0= 0
E0 ikr E (r ) e r
3.11
12
E0 E (r , t ) exp[ i (kr t ) 0 ] r
(3.10)
E0 ikr E (r , t ) e r
(3.11)
（3.10）式为单色球面波的表达式。 时间因子是可分离的，空间某点的时间 因子总相同，常略去不写。单色球面波 的复振幅表达式常用(3.11)。 E0为单位半径(r=1)波面上的振幅。 E0/r表示球面波的振幅与传播r 成反比。 从能量守恒原理不难理解这一结果。
能流密度 S ： 单位时间内垂直流过单位横截面的 能量，其方向是能量传播的方向。描述能量在场 内的传播。
16
1、电磁波的能量密度w
场内单位体积的能量，是位置x和t的函数，w=w (x,t)； 电场能量与磁场能量的体密度：
1 1 we D E 0 r E 2 2 2
1 1 wm B H 0 r H 2 2 2
Φ0为初相位；矢径r 表示空间点的位置； k为波矢，方向是波的传播方向，大小为波在介质中的 波数。指数前取正或负是无关紧要的，正相位代表相位 超前，负相位代表相位落后。
2
光电子学和光子学原理与实践 3
光电子学和光子学原理与实践S.o.kasap译文前沿这本教科书代表在光电材料，适合在电气工程物理本科水平(一半或一学期器件课程)和材料科学，工程部门。
它选择的主题在于讨论CD-ROM。
通常，学生就不会覆盖麦克斯韦方程中提到的文本，即便他们不常被用于发展这个原理。
假定该学生将学习基本的第一年或第二年的物理课程。
随着现代物理，并且会出现在几何光学基本概念中。
干扰，衍射。
而不是菲涅耳方程和概念，如群速度和群折射率。
典型的光电过程中会接触到基本的量子力学概念或许与基本利用半导体科学课程相结合。
我试图保持在一个半定量的水平，一般方法和各种证明没有进入详细的物理。
最多的话题最初通过直观的讲解介绍，使这一概念进行任何数学农业开发之前。
数学水平被假定为包括矢量，复数，以及局部分化，还有傅里叶变换。
一方面，我们需要以涵盖尽可能多，另一方面，专业的工程认证要求学生解决数值问题，并进行设计计算。
在编写文字，我试图以满足尽可能多的广度,从工程学位认证要求上。
我错过了很多的话题，但我也涵盖了许多，不过，毫无疑问，我自己有偏见的选择。
这本书有一个CD-ROM中包含了数字彩色大图在一个共同的便携式文档。
他们可以印上几乎任何彩色打印机，使投影胶片为教师和班级准备笔记的学生，所以他们没有在课堂上画图。
该图也已投入PowerPoint中直接交付讲座。
此外，还有众多选题和光盘等教育功能，遵循网络格式。
教员和学生将发现的选题很有用。
这些选定的课题已编制不同的作者和专家在光电作为独立章节。
他们涵盖了广泛的主题。
虽然其中一些主题被视为在研究生阶段和审查的特定区域。
也有在众多的选题属于初级阶段的本科生。
除了一些主题显示为拍摄有趣的文章重印颜色。
从各种教育期刊，如今天的物理权限。
物理世界，IEEE频谱，物理，激光聚焦，光子学和其他各种杂志和期刊美国杂志。
很多同事花时间阅读手稿的部分，并规定这做了一个更好的书很多有用的建议。
我特别感谢教授CHARBEL tannous。
第三章-光的偏振和光与物质的相互作用
第三章光的偏振和光与物质的相互作用光的电磁理论光是一种电磁波，是电磁场中电场强度E和磁场强度H的周期性变化在空间的传播，或者说，E矢量和H矢量的振动在空间的传播。
一般而言，电磁波是横波，E矢量和H矢量都与传播方向垂直。
实验：干涉和衍射光的波动性光的偏振光的横波性实验表明，产生感光作用和生理作用的是光波中的横向振动着的电矢量E: E矢量：光矢量E振动：光振动本章研究：光的偏振和光与物质的相互作用过程。
§3 - 1 自然光和偏振光一光的偏振态纵波：通过波的传播方向所作的平面内的运动情况都是相同的，波的振动对传播方向具有对称性。
横波：把通过波的传播方向并包含振动矢量在内的平面称为振动面，波的振动563方向对传播方向不具有对称性。
偏振：振动方向对传播方向的不对称性。
这是横波区别于纵波的一个最明显的标志。
平面偏振光：光矢量的振动只限在包含传播方向的某一个确定的平面内，则这种偏振态称为平面偏振（线偏振），该平面称为偏振面。
（图3 - 1 ( c )）椭圆（圆）偏振光：当两振动面互相垂直并有固定位相关系的线偏振光叠加之后的光矢量，以圆频率ω作旋转运动，矢量端点描出一椭圆（图3 - 1 ( d )）。
右旋椭圆偏振光：光矢量顺时针旋转（迎着光线看）左旋椭圆偏振光：光矢量反时564针旋转（迎着光线看）自然光：无限多个振幅相等、振动方向任意、彼此之间没有固定相位关系的光振动的组合。
普通光源的发光来自大量原子的随机光辐射，每一波列的振幅、相位和振动方向都不能显示出在哪一个值和在哪一个方向上更占优势。
普通光源所发出的光对于其传播方向轴对称分布，其光矢量在与光的传播方向垂直的平面(纸面)上的分布如图3- 1 ( a )所示。
部分偏振光：光波包括了一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不同。
在某一方向上的振幅最大，与之正交的方向上振幅最小。
图3- 1 ( b )565( a ) ( b ) ( c ) ( d ( e )图3- 1 自然光和偏振光的光矢量分布566567二 二 偏振光的产生1、 射和折射时的偏振现象自然光在任意两种各向同性介质的分界面上发生反射和折射时，反射光和折射光皆部分偏振光2．二向色性有些晶体对不同方向的电磁振动具有选择吸收的性质。
《光的基础知识》课件
偏振光的分类：偏振光可以分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光等。
偏振光的应用：偏振光在光学、光电子学、通信等领域有着广泛的应用。
光的散射现象
光的散射：光在传播过程中遇到障碍物或介质时，会发生散射现象 散射类型：包括瑞利散射、米氏散射、拉曼散射等 散射原理：光子与介质中的粒子相互作用，改变传播方向和能量
散射应用：在光学、物理学、天文学等领域有广泛应用，如激光散射、光通信等
光的吸收与透射
光的吸收：物质吸收光能，转化为其他形式的能量 光的透射：光穿过透明介质，不改变方向和频率 光的反射：光在介质表面反射，改变方向 光的折射：光在介质中传播，改变方向和频率 光的散射：光在介质中传播，改变方向和频率，形成散射光 光的衍射：光在介质中传播，改变方向和频率，形成衍射光
镜面反射与漫反射
镜面反射：光 线在光滑表面 发生反射，形
成清晰的像
漫反射：光线 在粗糙表面发 生反射，形成
模糊的像
镜面反射与漫反 射的区别：镜面 反射的光线方向 一致，漫反射的
光线方向不同
镜面反射与漫 反射的应用： 镜面反射用于 成像，漫反射
用于照明
全反射现象
光的反射与折射：光在两种介质的交界处会发生反射和折射现象
干涉条纹：干涉条纹是光的干涉现象的典型表现，其形状和位置与光的频率、振 幅、相位有关
干涉原理：光的干涉现象是由于光的波动性引起的，当两束光相遇时，它们的波 峰和波谷相互叠加，形成干涉条纹
干涉应用：光的干涉现象在光学、物理学、天文学等领域有着广泛的应用，如光 学显微镜、干涉仪、光谱仪等。
光的衍射现象