光学期末复习.pptx

1要点归纳要点归纳 5.1自然光与偏振光一、光波的偏振性一、光波的偏振性一、光波的偏振性一、光波的偏振性1、纵波波的振动方向对传播方向具有轴对称性；横波波的振动方向对传播方向不具有轴对称性；2、偏振波的振动方向对传播方向的不对称性称为偏振。它是横波区别于纵波明显标志。3、光波的偏振性：光波是横波，具有光波是横波，具有偏振性。二、自然光和偏振光二、自然光和偏振光1 1、自然光：、自然光：在以传播方向为对称轴的各个方向上，E矢量的 时间平均值相等的光。2 2、偏振光：、偏振光：在以传播方向为对称轴的各个方向上，E矢量的 时间平均值不相等的光。线偏振光（完全偏振光）、部分偏振光2要点归纳要点归纳5.2线偏振光与部分偏振光的获得1 1、偏振片及透振方向一、由晶体的二向色性产生的线偏光2、起偏和检偏3、自然光起偏后的光强：4、马吕斯定律二、反射光的偏振态1、反射光为部分偏振光（偏S）2、偏振度3、布儒斯特定律3要点归纳要点归纳5.2线偏振光与部分偏振光的获得三、透射光的偏振态1、透射光是部分偏振光（偏P）（2）S光的透射:（1）P光的透射:2、透射线偏光的获得方法应用：薄膜偏振分光棱镜（1）平行多层介质堆法（2）布儒斯特窗应用：外腔式气体激光器4要点归纳要点归纳5.3光通过单轴晶体时的双折射现象光通过单轴晶体时的双折射现象o光:服从折射定律,各方向波速相同,折射率相同,在入射面内。e 光:不服从折射定律,各方向波速不同,折射率不相同,不一定在入射面内。一、双折射现象一、双折射现象o o光和光和e e光光 光轴：光轴：在该方向上o光、e光的传播速度相同，折射率相同，不发生双折射现象。二、光轴、主平面和主截面二、光轴、主平面和主截面 主平面主平面:包含晶体光轴和一条给定光线的平面。3.3.主截面主截面:包含晶体光轴和界面法线的平面。当光轴位于入射面内时,五面重合。三、三、o o光和光和e e光的相对光强光的相对光强马留公式5.4光在晶体中的波面光在晶体中的波面 一、晶体的各向异性及其对相位传播速度的影响一、晶体的各向异性及其对相位传播速度的影响构成晶体的原子、离子是各向异性振子，不同方向上固有频率不同，在光波作用下受迫振动的相位与各向固有频率有关，故晶体中不同方向上具有不同的相位传播速度。二、单轴晶体中的波面二、单轴晶体中的波面o光的波面是一个球面；e光的波面是一个旋转椭球面。即o光的传播速度大于e光的传播速度。1.正晶体:三、正晶体和负晶体三、正晶体和负晶体即o光的传播速度小于e光的传播速度。2.负晶体:复习回顾复习回顾o光垂直于其波面，e光不垂直于其波面，发生双折射。平行光斜入射平行光斜入射平行光斜入射平行光斜入射（光轴在入射面内，与晶面斜交）（光轴在入射面内，与晶面斜交）：一、单轴晶体内一、单轴晶体内o o光与光与e e光的传播方向光的传播方向 5.5光在晶体中的传播方向光在晶体中的传播方向 o光和e光都沿光轴传播,速度相同,波面不分开,无双折射。平行光垂直入射平行光垂直入射（光轴与晶面垂直，即沿轴入射）：3.平行光垂直入射平行光垂直入射（光轴与晶面平行，即垂轴入射）：o光和e光同向传播，但波速不同，波面不重合，有双折射。二、单轴晶体的主折射率二、单轴晶体的主折射率复习回顾复习回顾5.6偏振器件偏振器件一、尼科耳棱镜一、尼科耳棱镜将自然光分成将自然光分成 o 光和光和 e 光，再利用全反射把光，再利用全反射把o光折转掉，只让光折转掉，只让e光光通过棱镜，从而通过棱镜，从而获得一束线偏振光获得一束线偏振光。二、沃拉斯顿棱镜二、沃拉斯顿棱镜由两个光轴互相垂直的直角棱镜组成，能产生两束互相分开的、振动互相垂直的线偏振光。三、波三、波 片：片：光轴平行于表面，能使o光和e光通过后产生一定相位差的单晶薄片。半波片：全波片：四分之一波片：复习回顾复习回顾5.7椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光 一、椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光：椭圆偏振光：电矢量的端点在波面内描绘出的轨迹是电矢量的端点在波面内描绘出的轨迹是椭圆；它可用两列频率相同、振动方向相互垂直、相椭圆；它可用两列频率相同、振动方向相互垂直、相位差恒定且沿同一方向传播的线偏振光的叠加来描述。位差恒定且沿同一方向传播的线偏振光的叠加来描述。2.圆偏振光：电矢量的端点在波面内描绘出的轨迹是圆。二、椭圆偏光和圆偏光的获得利用/4波片三、自然光改造成椭圆偏光或圆偏光 1.椭圆偏振器：一个起偏器和一块四分之一波片串接。2.圆偏振器：透振方向与光轴成 角的起偏器和一个四分之一波片串接。复习回顾复习回顾5.8 偏振态的实验检验偏振态的实验检验 要点归纳一、线偏振光的检验用一块偏振片可将线偏振光与其余四种偏振态区分开来。二、椭圆偏振光和圆偏振光的检验三、补偿器 1.巴俾涅补偿器：2.索列尔补偿器2.椭圆偏振光与部份偏振光的区分：四分之一波片加偏振片旋转。3.圆偏振光与自然光的区分：四分之一波片加偏振片旋转。1.四种偏振态的分组：偏振片迎光旋转一周：（1）光强有变无消：椭圆偏振光或部份偏振光；（2）光强无变无消：圆偏振光或自然光。注意：一定要让波片的光轴方向与椭圆长轴平行。5.9 偏振光的干涉偏振光的干涉 要点归纳一、偏振光干涉的实验装置 二、线偏振光干涉的强度分布（3）（4）的透振方向互相平行时，的透振方向互相垂直时，（7）（5）第第5 5章小章小结与问题结与问题讨论讨论一、五种偏振态：自然光：线偏振光：部分偏振光：偏振度：圆偏振光：“-”右旋、顺时针，“+”左旋、逆时针。椭圆偏振光：“-”右旋、顺时针，“+”左旋、逆时针。通过理想偏振片后，光强减为原来的一半。二、两个基本定律：三、o光和e光：都是线偏振光，一般 ，光轴除外。光轴 四、偏振器件：尼科耳棱镜：可以作为起偏器，也可以作为检偏器。自然光通过平行尼科耳时透射光最强；通过正交尼科耳时透射光强为0。沃拉斯顿棱镜：波片:片：能把圆偏振光线偏振光；也能使线偏振光椭圆、圆、线偏振光。片：能把左旋圆偏振光右旋圆偏振光,线偏光入射线偏振光,但2.片：入射线偏振光线偏振光五：偏振光的检验：一、一、光的电磁理论（要点）光的电磁理论（要点）光是某一波段的电磁波，光是某一波段的电磁波，其速度就是电磁其速度就是电磁波的传播速度。波的传播速度。光波中的振动矢量通常指的是电场强度。光波中的振动矢量通常指的是电场强度。可见光在电磁波谱中只占很小的一部分，可见光在电磁波谱中只占很小的一部分，波长在波长在 390760nm的狭窄范围以内。的狭窄范围以内。光强：光强：I=A 2。二、二、光的相干条件：光的相干条件：频率相同频率相同 、振动方向相同、相位差恒、振动方向相同、相位差恒定。定。本本 章章 小小 结结 三、相位差和光程差三、相位差和光程差 真空中真空中 均匀介质中均匀介质中光程：光程：光程差：光程差：相位差：相位差：四、干涉的分类：四、干涉的分类：五、干涉图样的形成：五、干涉图样的形成：（1）干涉相长：）干涉相长：（2）干涉相消：）干涉相消：六、干涉条纹的可见度：六、干涉条纹的可见度：七、半波损失的结论：七、半波损失的结论：当光从折射率小的光疏介质向折射率大的光当光从折射率小的光疏介质向折射率大的光密介质表面入射时，反射过程中反射光有半波损失。密介质表面入射时，反射过程中反射光有半波损失。八、杨氏双缝八、杨氏双缝九、等倾干涉九、等倾干涉凡入射角相同的就形成同一条纹，凡入射角相同的就形成同一条纹，即同一干涉条纹上的各点都具有同一即同一干涉条纹上的各点都具有同一的倾角的倾角等倾干涉条纹。等倾干涉条纹。十、等厚干涉：十、等厚干涉：对应于每一直线条纹的薄膜对应于每一直线条纹的薄膜厚度是相等的厚度是相等的等厚干涉条纹。等厚干涉条纹。十一、迈克耳孙干涉仪：十一、迈克耳孙干涉仪：十二、劈尖：十二、劈尖：十三、牛顿环：十三、牛顿环：讨 论 题1.1光的电磁理论的要点是什么？光的电磁理论的要点是什么？1.2光的相干条件是什么？光的相干条件是什么？1.3光的干涉分哪几类？光的干涉分哪几类？1.4何为何为“光程光程”？1.5何为何为“干涉相长干涉相长”？何为？何为“干涉相消干涉相消”？1.6杨氏双缝干涉实验中亮、暗条纹的位杨氏双缝干涉实验中亮、暗条纹的位置及间距如何确定？置及间距如何确定？1.7影响干涉条纹可见度大小的主要因素影响干涉条纹可见度大小的主要因素是什么？是什么？1.8计算干涉条纹可见度大小的常用公式计算干涉条纹可见度大小的常用公式有哪几个？有哪几个？1.9光源的非单色性对干涉条纹有什么影光源的非单色性对干涉条纹有什么影响？响？1.10光源的线度对干涉条纹有什么影响？光源的线度对干涉条纹有什么影响？1.11在什么情况下哪种光有半波损失？在什么情况下哪种光有半波损失？1.12何为何为“等倾干涉等倾干涉”？何为？何为“等厚干涉等厚干涉”？1.13迈克耳孙干涉仪的基本原理和主要计算迈克耳孙干涉仪的基本原理和主要计算公式是什么？你对公式是什么？你对“迈氏干涉仪迈氏干涉仪”知多少？知多少？1.14法布里法布里-珀罗干涉仪的基本原理是什么？珀罗干涉仪的基本原理是什么？1.15试比较法氏干涉仪与迈氏干涉仪的异同。试比较法氏干涉仪与迈氏干涉仪的异同。1.16干涉现象有哪些重要应用？干涉现象有哪些重要应用？1.17你对你对“劈尖劈尖”知多少？知多少？1.18你对你对“牛顿环牛顿环”知多少？知多少？思 考 题1.将杨氏双孔干涉装置分别作如下单项变化，屏幕上干将杨氏双孔干涉装置分别作如下单项变化，屏幕上干涉条纹有何改变？涉条纹有何改变？（1）将双孔间距将双孔间距d变小；变小；（2）将屏幕远离双孔屏；将屏幕远离双孔屏；（3）将钠光灯改变为氦氖激光；将钠光灯改变为氦氖激光；（4）将单孔将单孔S沿轴向双孔屏靠近；沿轴向双孔屏靠近；（5）将整个装置浸入水中；将整个装置浸入水中；（6）将单孔将单孔S沿横向向上作小位移；沿横向向上作小位移；（7）将双孔屏沿横向向上作小位移；将双孔屏沿横向向上作小位移；（8）将单孔变大；将单孔变大；1.答答:（1）条纹间距变宽，零级位置不变，可见度因干涉孔径角条纹间距变宽，零级位置不变，可见度因干涉孔径角变小而变大了变小而变大了.(2)条纹变宽，零级位置不变，光强变弱了条纹变宽，零级位置不变，光强变弱了 (3)条纹变宽，零级位置不变，黄条纹变成红条纹条纹变宽，零级位置不变，黄条纹变成红条纹 (4)条纹间距不变，光强变强，但可见度因干涉孔径角条纹间距不变，光强变强，但可见度因干涉孔径角变大变大而变小而变小 (5)条纹间距将为原有的条纹间距将为原有的3/4，可见度因波长变短而变小，可见度因波长变短而变小 (6)整个干涉条纹区向下移，干涉条纹间距和可见度均不变整个干涉条纹区向下移，干涉条纹间距和可见度均不变(7)整个干涉条纹区向上移，干涉条纹间距和可见度不变整个干涉条纹区向上移，干涉条纹间距和可见度不变(8)光强变大，可见度变小，零级位置不变，干涉条纹间距不光强变大，可见度变小，零级位置不变，干涉条纹间距不变变2.答：可见光波列长度仅有微米量级，照射答：可见光波列长度仅有微米量级，照射厚度为几毫米的窗玻璃时，则因时间相干厚度为几毫米的窗玻璃时，则因时间相干性太差性太差 ，导致可见度为零，看不到干涉条，导致可见度为零，看不到干涉条文文 n n2.玻璃窗也是空气中表面平行的介质，为什玻璃窗也是空气中表面平行的介质，为什么我们看不到玻璃窗的干涉条纹？么我们看不到玻璃窗的干涉条纹？一、光的衍射现象一、光的衍射现象1.定义：定义：光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影区，并光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影区，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。2.条件：条件：障碍物的线度和光的波长可以比拟。障碍物的线度和光的波长可以比拟。二、惠更斯菲涅耳原理二、惠更斯菲涅耳原理波面波面 S 上每个上每个面元面元 dS 都都是是发出发出子波子波的的次次波源波源；波面前方某波面前方某一点一点 P 处处波的波的强度强度由波面由波面S 上上所有面元所有面元所发出的所发出的次波次波在该点在该点的的相干叠加相干叠加来决定。来决定。本章小结本章小结三、菲涅耳半波带三、菲涅耳半波带任何任何相邻两带相邻两带的的对应部分对应部分所发出的次波到达所发出的次波到达P P点时的光程差点时的光程差都为都为/2，即相位相反。，即相位相反。核心思想：子波的相干叠加核心思想：子波的相干叠加所有所有k个半波带的次波在个半波带的次波在P点叠加的合振幅点叠加的合振幅为：为：五、衍射的分类五、衍射的分类1.菲涅耳衍射：菲涅耳衍射：四、菲涅耳波带片四、菲涅耳波带片四、菲涅耳波带片四、菲涅耳波带片只让奇数或偶数半波带透光的屏（光学元件）只让奇数或偶数半波带透光的屏（光学元件）1.1.合振幅：合振幅：2.2.焦距焦距奇数奇数偶数偶数圆屏：圆屏：圆屏几何影子的中心永远为亮点圆屏几何影子的中心永远为亮点合振幅合振幅奇偶奇偶露出半波带数目露出半波带数目圆孔：圆孔：2.2.夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射圆孔（爱里斑）：圆孔（爱里斑）：中央最大：中央最大：半角宽度：半角宽度：线半径：线半径：单缝：单缝：中央最大：中央最大：最小值：最小值：次最大：次最大：光强：光强：线宽度：线宽度：中央：中央：其余：其余：角宽度：角宽度：中央：中央：其余：其余：六、平面透射光栅：六、平面透射光栅：1.1.强度分布强度分布平行光垂直入射时：平行光垂直入射时：平行光倾斜（平行光倾斜（0）入射时：）入射时：与与 0在法线同侧取在法线同侧取“”；与与 0在法线异侧取在法线异侧取“”。(5)(5)(6)(6)3.衍射极小方程：衍射极小方程：（1 1）平行光垂直入射时：）平行光垂直入射时：（2）平行光倾斜（）平行光倾斜（0）入射时：）入射时：(7)(7)(8)(8)2.干涉主极大方程：干涉主极大方程：5.5.谱线的缺级谱线的缺级当当d、b比为整数之比时，会发生缺级。比为整数之比时，会发生缺级。4.4.谱线的半角宽度（谱线的半角宽度（）六、平面透射光栅：六、平面透射光栅：2.1 2.1 什么是光的衍射？什么是光的衍射？2.2 2.2 明显产生衍射现象的条件是什么？明显产生衍射现象的条件是什么？2.3 2.3 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理是怎样表述的？菲涅耳原理是怎样表述的？2.4 2.4 衍射分哪几类？衍射分哪几类？2.5 2.5 什么叫半波带？什么叫半波带？2.6 2.6 为什么圆屏几何影子的中心永远有光？为什么圆屏几何影子的中心永远有光？2.7 2.7 夫琅禾费单缝衍射有哪些明显特征？夫琅禾费单缝衍射有哪些明显特征？2.8 2.8 什么是艾里斑？什么是艾里斑？2.9 2.9 艾里斑的半角宽度为多少？艾里斑的半角宽度为多少？2.10 2.10 艾里斑的线半径怎样计算？艾里斑的线半径怎样计算？2.11 2.11 干涉和衍射有什么关系？干涉和衍射有什么关系？2.12 2.12 光栅光谱线在什么情况下缺级？在什么情况下重叠？光栅光谱线在什么情况下缺级？在什么情况下重叠？讨论题讨论题讨论题参考答案2.1答：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。2.2答：障碍物的线度和光的波长可以比拟。2.3答：波面S 上每个面积元dS 都可以看成新的波源，它们均发出次波。波面前方空间某一点P 的振动可以由S 面上所有面积元所发出的次波在该点叠加后的合振幅来表示。2.4答：衍射分菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两大类。返回返回返回返回 2.5答：由任何相邻两带的对应部分所发出的次波到达P点时的光程差都为半个波长（即相位相反）而分成的环形带。2.6答：由于圆屏的衍射。2.7答：中央有一条特别明亮的亮条纹，两侧排列着一些强度较小的亮条纹，相邻的亮条纹之间有一条暗条纹；两侧的亮条纹是等宽的，而中央亮条纹的宽度为其他亮条纹的两倍。2.8答：在夫琅禾费圆孔衍射图样的中央亮斑，光强占总光强的84%的亮斑返回返回返回返回 2.10答：艾里斑的线半径为：2.9答：艾里斑的半角宽度为：2.11提示：参见书P131。2.12答：当d是b的倍数时，光栅的光谱线发生缺级。光栅的光谱线发生重叠的条件是：返回返回返回返回 光在指定的两点间传播，光程为极值。光在指定的两点间传播，光程为极值。光在指定的两点间传播，光程为极值。光在指定的两点间传播，光程为极值。(极大值、极小值、恒定值）极大值、极小值、恒定值）极大值、极小值、恒定值）极大值、极小值、恒定值）一、一、一、一、费马原理费马原理费马原理费马原理 本章小结本章小结1二、平面的反射和折射二、平面的反射和折射2 2、平面的折射、平面的折射 (1)平行光平行光束束折射时仍为平行光折射时仍为平行光束束平面镜是不改变单心性的理想光学系统平面镜是不改变单心性的理想光学系统(2)单心光束单心光束折射时单心性被破坏：折射时单心性被破坏：弧矢像线、子午像线弧矢像线、子午像线物的像视深度物的像视深度 y 、实际深度、实际深度 y为为：当当 时，时，1 1、平面的反射和折射、平面的反射和折射一、符号规则一、符号规则（1 1）轴向距离：左负右正；（）轴向距离：左负右正；（2 2）垂轴距离：上正下负；）垂轴距离：上正下负；（3 3）缘轴锐角：顺正逆负；（）缘轴锐角：顺正逆负；（4 4）图中标记：均绝对值。）图中标记：均绝对值。二、二、单个球面的单个球面的球面反射球面反射 (近轴条件下）近轴条件下）（1 1）焦距）焦距（2 2）物像公式）物像公式oror 本章小结本章小结2三、单个球面的折射三、单个球面的折射(近轴条件下）近轴条件下）（1 1）光焦度）光焦度（3 3）物像公式：）物像公式：牛顿：牛顿：高斯：高斯：(2)(2)焦距焦距 一、薄透镜成像公式一、薄透镜成像公式(近轴条件下）：近轴条件下）：(1)(1)光焦度光焦度本章小结本章小结3(2)(2)焦距焦距 空气中的高斯公式：空气中的高斯公式：牛顿：牛顿：高斯：高斯：（3）物像公式：）物像公式：二、薄透镜横向放大率二、薄透镜横向放大率三、薄透镜的作图法求像三、薄透镜的作图法求像1 1、一般物的作图：、一般物的作图：利用三条特殊光线利用三条特殊光线2 2、轴上物点作图：、轴上物点作图：利用辅助线（副光轴）、辅助面（物、像方焦平面）利用辅助线（副光轴）、辅助面（物、像方焦平面）一、近轴物、近轴光线条件下的球面反射一、近轴物、近轴光线条件下的球面反射物象公式物象公式(11)(1)横向放大率横向放大率(12)(2)二、近轴物、近轴光线条件下的球面折射二、近轴物、近轴光线条件下的球面折射(1)物象公式物象公式(2)横向放大率横向放大率三、亥姆霍兹三、亥姆霍兹拉格朗日定理拉格朗日定理本章小结本章小结4or其中其中:本章本章4 4核心核心一、光焦度一、光焦度:多球面多球面:三、物像公式：三、物像公式：单球面单球面:单个反射球面单个反射球面:二、焦距：二、焦距：薄透镜、单个折射球面薄透镜、单个折射球面:牛顿：牛顿：高斯：高斯：单个折射球面单个折射球面:薄透镜：薄透镜：牛顿：牛顿：高斯：高斯：oror 单个反射球面单个反射球面:空气中空气中薄透镜薄透镜:四、横向放大率（近轴物、近轴光线条件下）四、横向放大率（近轴物、近轴光线条件下）薄透镜：薄透镜：球面折射：球面折射：球面反射：球面反射：续：续：本章本章4 4核心核心 物物 像像 公公 式：各项式：各项“潜正潜正”横向放大率：各项横向放大率：各项“潜负潜负”一、基本概念和基本规律本 章 小 结 二、光在平面界面上的反射和折射 PP=d(1-1/n)三、光在球面上的反射和折射 四、薄透镜=讨 论 题1.“物像之间的等光程性”是哪个原理的推论？2.最简单的理想光学系统是什么光学元件？3.什么是全反射？4.光学纤维的工作原理是什么？其数值孔径通常怎样表示？5.棱镜主要有哪些应用？6.几何光学的符号法则是如何规定的？7.近轴光线条件下球面反射、折射的物像公式各如何表示？8.什么是共轴光具组？9.近轴条件下薄透镜的成像公式及横向放大率如何表示？10.薄透镜的会聚和发散性质主要与什么因素有关？11.近轴物点近轴光线成像的条件是什么？12.最简单的理想光具组是什么光学元件？13.在理想光具组里主要研究哪些基点和基面？讨论题解答1.答：“物像之间的等光程性”是“费马原理”的推论。2.答：最简单的理想光学系统是一个平面反射镜。3.答：对光线只有反射而无折射的现象称为全反射。4.答：光学纤维的工作原理是全反射，其数值孔径通常用N.A.表示，计算公式为：。5.答：棱镜主要用于制作折射计及利用全反射棱镜变更方向等。6.答：几何光学的符号法则的规定是：线段：光线和主轴交点的位置都从顶点算起，凡在顶点右方者，其间距离的数值为正，凡在顶点左方者，其间距离的数值为负物点或象点至主抽的距离，在主轴上方为正，在下方为负角度：光线方向的倾斜角度部从主铀(或球面法线)算起，并取小于2的角度由主轴(或球面法线)转向有关光线时，若沿顺时针方向转，则该角度的数值为正；若沿逆时针方向转动时，则该角度的数值为负(在考虑角度的符号时，不必考虑组成该角度两边的线段的符号)标定：在图中出现的长度和角度(几何量)只用正值例如s表示的某线段值是负的，则应用(一s)来表示该线值的几何长度7.答：近轴光线条件下球面反射、折射的物像公式分别为：，。8.答：多个球面的曲率中心都在同一直线上的系统称为共轴光具组。9.答：近轴条件下薄透镜的成像公式及横向放大率分别为：，。10.答：薄透镜的会聚和发散性质主要与透镜的形状及两侧的折射率 n有关。11.答：近轴物点近轴光线成像的条件是物像的等光程性。12.答：最简单的理想光具组是厚透镜。13.答：在理想光具组里主要研究的基点和基面是：焦点和焦平面、主点和主平面、节点和节平面。54本章小结本章小结一、放大本领一、放大本领 1.放大镜放大镜 2.目目 镜镜 3.显微镜显微镜 4.望远镜望远镜55二、聚光本领二、聚光本领 （有效光阑（有效光阑 、光瞳、光瞳 、光度学）、光度学）3.望远镜望远镜4.照相机照相机2.显微镜显微镜1.物物 镜镜56三、分辨本领三、分辨本领 1.人人 眼眼（瑞利判据）（瑞利判据）2.显微镜显微镜3.望远镜望远镜4.棱镜光谱仪棱镜光谱仪5.光栅光谱仪光栅光谱仪57讨 论 题1.光学仪器的本领主要有哪几个？2.近视眼,老花眼需要配什么样的透镜加以校正？3.人眼的明视距离为多少？4.助视仪器放大本领的一般表达式是什么？5.常用的目镜有哪两种？6.显微镜的放大本领等于哪两个物理量的乘积？7.开普勒望远镜与伽利略望远镜有哪些异同？8.实现激光扩束的方法通常有哪些？589.什么是有效光阑？如何寻找？10.若光具组仅是一个单独的薄透镜，则有效光阑、入射光瞳和出射光瞳的位置如何确定？它们是否与物点的位置有关？11.什么是发光强度？它的单位及代号是什么？12.显微镜的聚光本领通常用什么描述？13.望远镜的聚光本领通常用什么来衡量？14.照相机的聚光本领通常用什么来衡量？15.像差分哪几类？它们又分别分哪几种？5916.两个像点刚好能分辨开的瑞利判据是如何表述的？17.望远镜物镜的分辨极限通常以什么表示？18.显微镜物镜的分辨极限通常以什么表示？19.棱镜光谱仪的角色散率、线色散率和色分辨本领的数学表达式为何？20.光栅光谱仪的角色散率、线色散率和色分辨本领的数学表达式为何？60讨论题答案1.答：光学仪器的本领主要有放大本领、聚光本领和分辨本领。2.答：近视眼需要配凹透镜、老花眼需要配凸透镜加以校正。3.答：人眼的明视距离为25cm。4.答：助视仪器放大本领的一般表达式是：5.答：常用的目镜有惠更斯目镜和冉斯登目镜。6.答：显微镜的放大本领等于物镜的横向放大率和目镜放大本领的乘积。617.答：开普勒望远镜与伽利略望远镜的共同点是：它们的物镜和目镜所组成的复合光具组的光学间隔都等于零；物镜的横向放大率都小于1。二者的不同点是：开氏的视场较大，而伽氏的视场较小；开氏的目镜物方焦平面上可放叉丝或刻度尺，伽氏则不能；开氏的镜筒较长，而伽氏的镜筒较短。8.答：实现激光扩束的方法通常是将望远镜倒过来使用；也可用显微镜的物镜；甚至有时可用短焦距的凸面或凹面反射镜；有时也可用毛玻璃等。629.答：在所有各光阑中，限制入射光束最起作用的光阑称为有效光阑（孔径光阑）。寻找有效光阑的方法是：先求出每一个给定光阑或透镜边缘由其前面（向着物空间方向）那一部分光具组所成的像，找出所有这些像和第一个透镜边缘对指定的物点所张的角，在这些张角中找出最小的那一个，和这最小的张角所对应的光阑就是对于该物点的有效光阑。10.答：若光具组仅是一个单独的薄透镜，则有效光阑、入射光瞳和出射光瞳都与透镜的边缘重合，而与物点的位置无关。6311.答：发光强度是表征光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量，在数值上等于点光源在单位立体角中发出的光通量。在国际单位制中,发光强度的单位是坎德拉（candela）,代号是坎（cd）。12.答：显微镜的聚光本领通常用数值孔径描述。13.答：望远镜的聚光本领通常用相对孔径的倒数焦比来衡量。14.答：照相机的聚光本领通常用相对孔径的倒数光圈数来衡量。6415.答：像差分单色像差和色差两大类。单色像差又分球面像差、彗形像差、像散、像面弯曲和畸变五种。色差又分纵向色差（位置色差）和横向色差（放大率色差）两种。16.答：瑞利判据是：当一个中央亮斑的最大值恰和另一个中央亮斑的最小值位置相重合时，两个像点刚好能分辨开。17.答：望远镜物镜的分辨极限通常以物镜焦平面上刚刚能够分辨出的两个像点之间的直线距离来表示。18.答：显微镜物镜的分辨极限通常以被观察的物面上刚好能够分辨出的两物点之间的直线距离来表示。6519.答：棱镜光谱仪的角色散率、线色散率和色分辨本领的数学表达式分别为：6620.答：光栅光谱仪的角色散率、线色散率和色分辨本领的数学表达式分别为：本章小本章小结结一、五种偏振态：自然光：线偏振光：部分偏振光：偏振度：圆偏振光：“-”右旋、顺时针，“+”左旋、逆时针。椭圆偏振光：“-”右旋、顺时针，“+”左旋、逆时针。通过理想偏振片后，光强减为原来的一半。二、两个基本定律：三、o光和e光：都是线偏振光，一般 ，光轴除外。光轴 四、偏振器件：四、偏振器件：尼科耳棱镜：可以作为起偏器，也可以作为检偏尼科耳棱镜：可以作为起偏器，也可以作为检偏器。自然光通过平行尼科耳时透射光最强；通器。自然光通过平行尼科耳时透射光最强；通过正交尼科耳时透射光强为过正交尼科耳时透射光强为0。沃拉斯顿棱镜：沃拉斯顿棱镜：波片波片:片：片：能把圆偏振光能把圆偏振光线偏振光；线偏振光；也能使线偏振光也能使线偏振光椭圆、圆、线偏振光。椭圆、圆、线偏振光。片：片：能把左旋圆偏振光能把左旋圆偏振光右旋圆右旋圆偏振光偏振光,线偏光线偏光入射入射线偏振光线偏振光,但但2.片：片：入射线偏振光入射线偏振光线偏振光线偏振光五：偏振光的检验：讨论题1.区别横波与纵波的最明显标志是什么？区别横波与纵波的最明显标志是什么？2.什么是偏振？什么是偏振？3.光有哪些可能的偏振态？光有哪些可能的偏振态？4.你能说出几种获得线偏振光的方法？你能说出几种获得线偏振光的方法？5.偏振度的数学表达式为何？偏振度的数学表达式为何？6.马吕斯定律和布儒斯特定律的数学表达式为何？马吕斯定律和布儒斯特定律的数学表达式为何？7.线偏振光的数学表达式为何？线偏振光的数学表达式为何？8.椭圆偏振光的数学表达式为何？椭圆偏振光的数学表达式为何？9.圆偏振光的数学表达式为何？圆偏振光的数学表达式为何？10.什么是双折射？什么是双折射？11.如何计算空气中如何计算空气中 o光和光和e光的相对光强？光的相对光强？12.常用的波片有哪几种？各有哪些主要应用？常用的波片有哪几种？各有哪些主要应用？13.怎样检验线偏振光？怎样检验线偏振光？14.如何区分圆偏振光和自然光？如何区分圆偏振光和自然光？15.如何区分椭圆偏振光和部分偏振光？如何区分椭圆偏振光和部分偏振光？16.干涉（按相干光获得方法干涉（按相干光获得方法 的不同）可分哪几类？的不同）可分哪几类？17.实现偏振光的干涉至少需要哪几个元件？它们分实现偏振光的干涉至少需要哪几个元件？它们分别起什么作用？别起什么作用？18.线偏振光干涉强度分布的数学表达式为何？线偏振光干涉强度分布的数学表达式为何？讨论题答案1.答：区别横波与纵波的最明显标志是偏振。2.答：偏振是振动方向对于传播方向的不对称性。3.答：光有五种可能的偏振态：自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。4.答：获得线偏振光的方法有：偏振片、反射起偏、透射起偏、尼科耳棱镜、傅科棱镜、沃拉斯顿棱镜以及波片等。5.答：偏振度的数学表达式为：6.答：马吕斯定律和布儒斯特定律的数学表达式分别为：7.答：线偏振光的数学表达式为：8.答：椭圆偏振光的数学表达式为：9.答：圆偏振光的数学表达式为:10.答：同一束入射光折射后分成两束的现象称为双折射。11.答：空气中 o光和e光的相对光强的数学表达式为：12.答：常用的波片及主要应用有：/4片：能把圆偏振光线偏振光；也能使线偏振光椭圆、圆、线偏振光。/2片：能把左旋圆偏振光右旋圆偏振光；线偏光入射线偏振光,但2.片：入射线偏振光线偏振光。13.答：略。14.答：略。15.答：略。16.答：干涉有分波面干涉、分振幅干涉和分振动面干涉三类。17.答：略。18.答：线偏振光干涉强度分布的数学表达式为：讨论题讨论题 1.1.光通过物质时，它的传播情况会发生哪些变化？这光通过物质时，它的传播情况会发生哪些变化？这些变化会表现出哪些现象？些变化会表现出哪些现象？2.2.光的吸收、散射和色散三种现象都是由啥引起的？光的吸收、散射和色散三种现象都是由啥引起的？实质上是由啥引起的？实质上是由啥引起的？3.3.光的吸收有哪两种？光的吸收有哪两种？4.4.朗伯定律和比尔定律的数学表达式为何？朗伯定律和比尔定律的数学表达式为何？5.5.什么是瑞利散射？瑞利定律如何表述？什么是瑞利散射？瑞利定律如何表述？6.6.为什么晴朗的天空呈浅蓝色？为什么晴朗的天空呈浅蓝色？7.7.清晨日出或傍晚日落时，看到的太阳呈红色，这是清晨日出或傍晚日落时，看到的太阳呈红色，这是什么缘故？什么缘故？8.8.红光和蓝光通过薄雾时，谁的散射较强？红光和蓝光通过薄雾时，谁的散射较强？讨论题1.1983年第17届国际计量大会重新定义“米”的意义是什么？2.相速和群速的数学表达式为何？表示二者关系的瑞利公式为何？5.1905年，爱因斯坦在对光电效应的研究中做了什么假设？6.爱因斯坦的光电效应方程为何？7.在光电效应中，遏止电压与入射光的频率成什么关系？8.光子的能量、质量和动量分别为多少？9.什么是康普顿效应？10.光的本性是什么？其数学表达式为何？讨论题答案1.答：重新定义“米”的意义在于：把真空光速值规定为一个固定的常量，真空光速值在物理学中不再作为一个可以测量的量，而是一个常量，并把它作为物理学中的一个基本常量规定下来。2.答：相速和群速的数学表达式分别为：；。表示二者关系的瑞利公式为：。5.答：爱因斯坦作了光子假设，即：光在传播过程中具有波动的特性，而在光和物质相互作用的过程中，光能量是集中在一些叫光量子（光子）的粒子上。产生光电效应的光是光子流，单个光子的能量与频率成正比，即 Eh 。6.答：爱因斯坦的光电效应方程为：。7.答：遏止电压与入射光的频率成线性关系。8.答：9.答：波长改变的散射称为康普顿效应。10.答：光的本性是波粒二象性；其数学表达式为：。