南邮物理光学复习知识点.

物理光学知识点复习

第一章

1.光见光波长范围(380nm~760nm 。

2.

折射率c n v

== 3.能流密度的坡印廷矢量s 的物理意义:表示单位时间内,通过垂直于传播方向上的单位面积的能量;光强20012n I S E c μ==

4.已知0cos 2t z E eE T πλ?

???=?????????

或(0i t kz E E e ω??=,求光的相关参量,参见作业1-1,1-2; 5.简谐球面波(0i t kz E E e r ω??=或(0cos E E t kz r

ω=?,求光的相关参量。 6.无限长时间等幅震荡光场对应的频谱只含有一个频率成分,称为理想单色振动,持续有限长时间等幅震荡的光场对应的频谱宽度1T

νΔ=。 7.等相位面的传播速度称为相速度,平面单色波的相速度(

p k c v k n ω

==,等振幅面的传播速度称为群速度,复色波的相速度p v k ω=(公式来源t kz

ω?=常数,然后求导,复色波的群速度1g p d dn v v dk n d ωλλ??==+????

,结合第六章讨论在正常/反常色散中相速度和群速度哪个大?相速度与群速度、光线速度关系,例如谁是能量传播速度。

8.理解线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的概念及相互转化的条件,结合第四章波片讨论。

9.讨论光波在界面上的反射和折射,如s 分量和p 分量的概念,菲涅尔公式的理解,图1-21的理解与应用,熟悉公式1s s R T +=,1p p R T +=,(12n s p R R R =

+,在正入射和掠入射时2121s p n n R R n n ???==??+??,布儒斯特角的计算21tan B n n θ=,全反射角21sin C n n θ=,半波损失产生的两种情形:光从光疏介质入射到光密介质时,在正入射和掠入射时反射光相对入射光将产生“半波损失”;图1-29薄膜上下表面的反射的四种情形的作图法;偏振度的计算(1.2-39,1.2-42,43,注意p35偏振度计算的例子和p49例题1-5,利用片堆产生线偏振光的原理(反s 不反p ,输出p 和作业1-10,外腔式激光器的布儒斯特窗口的原理(反s 不反p ,输出s ,衰逝波的概念。

10.例题和作业:例题1-3的结论,例题1-5,例题1-6;作业1-

1,2,10,15,16,18,19,20,21。

第二章

1.公式

2.1-3的理解,例如由此公式可以得出产生干涉的三条件:频率、振动方向和相差要求。

2.由一般光源获得相干光的两类方法:分振幅法(等倾、等厚、分波面法(杨氏;

3.杨氏干涉的相关计算(可能用到的知识2.1-13,14,15,16:菲涅尔双棱镜、菲涅尔双面镜、洛埃镜(注意半波损失和相关作业。

4.分振幅法干涉光程差公式2cos 2nh λθ??Δ=+????

(2.1-20(注意半波损失,一般情况下有,但某些情况下也无,例如作业2-14和光强公式(2.1-21,等厚干涉的应用如可以解释肥皂泡和昆虫翅膀的彩色。

5.平行平板的多光束干涉的Airy 公式(2.2-4,2.2-7,干涉图样的特点:互补性、等倾性,光强分布的极值条件;光强分布与反射率R 的关系:R 增大时,透射光暗条纹强度降低,条纹可见度提高;条纹锐度与反射率R 的关系:能够产生极明锐的透射光干涉条纹是多光束干涉的最显著和最重要的特点,条纹锐度用半峰值全宽度或条纹精细度描述(2.2-16,17;平行平板的多光束干涉的频率特性:(由22cos 2nh m π?θπλ=

=得公式2.2-18,滤波带宽(当?εΔ=时得公式2.2-19。

6.光学薄膜:单层膜反射率计算公式(2.3-2,2.3-4;增透膜/增反膜条件(增

透:1210,/4n n n h λ<=,增反:1210,/4n n n h λ>=;其他反射情况。两层膜反射率计算-等

效折射率法(见作业;多层高反膜结构(0/4λ膜系(p

G HL HA

,多层高反膜的特点:膜系两侧最外层均为高折射率层即为奇数层,为奇数层时膜层越多反射率越大,以上结果只对一种波长成立即中心波长成立。

7.FP 干涉仪应用:主要用于分光,分光指标的计算—自由光谱范围、分辨本领(含分辨极限、角色散;其他小知识点—例如两套干涉环,波长长的圆环在里面,激光谐振腔的纵模频率计算(2nL m λ=。

8.光源的大小对干涉条纹可见度的影响称为空间相干性,光源的复色性对干涉条纹可见度的影响称为时间相干性。

9.例题与习题:例题2-5,2-7;作业2-1,2-9,2-14,2-24,2-25,2-27,2-30,2-38. 第三章

1. 光的衍射现象与干涉现象的联系与区别——都是相干光波叠加引起的光强的重新分布,所不同之处在于,干涉现象是有限个相干光波的叠加,而衍射现象则是无限多个相干光波的叠加结果。

2. 利用惠更斯-菲涅耳原理解释衍射现象:在任意给定的时刻,任一波面上的点都起着次波波源的作用,它们各自发出球面次波,障碍物以外任意点上的光强分布,即是没有被阻挡的各个次波源发出的次波在该点相干叠加的结果。

3. 菲涅耳衍射与夫朗和费衍射的区别条件是观察屏到衍射屏的距离与衍射孔的线度之间的相对大小。简而言之,菲涅耳衍射是近场衍射;而夫朗和费衍射属于远场衍射。

菲涅耳衍射现象:随着观察平面距离的增大,光斑范围不断扩大,但光斑中圆环数逐渐减小,而且环纹中心表现出从亮到暗,又从暗到亮的变化。夫朗和费衍射现象:观察屏上将看到一个较大的中间亮,边缘暗,且在边缘外有较弱的光、暗圆环的光斑。4. 爱里斑半径与角半径的计算公式与瑞利判据的内容,以及人眼、望远镜、照相物镜

及显

微镜分辨本领的计算。

要求:掌握公式(3.2-21,(3.2-22,(3.2-24,(3.2-25及(3.2-34

5. 夫朗和费单缝衍射光强分布

要求:掌握中央主极大与衍射光强极小值的位置,即公式(3.2-37;相邻暗条纹的角宽度,公式(3.2-38;及中央主极大条纹的角宽度,公式(3.2-40;白光照明时,

衍射条纹的色散特征。

6. 夫朗和费多缝衍射光强分布

要求:①掌握衍射光强计算公式(3.2-43;多缝衍射主极大位置(3.2-45,多缝衍射主极小位置(3.2-47及相邻主极小间的角距离(3.2-48;多缝衍射的主极大角宽

度(3.2-49;缺极的条件(3.2-50。

②光栅方程的两种形式(3.4-1,(3.4-2;及最大光谱级次的计算公式(3.4-3;

闪耀光栅的主闪耀条件(3.4-6;光栅光谱仪色散本领(3.4-8分辨本领(3.4-11

自由光谱范围(3.4-12的计算公式;

7. 菲涅耳衍射

①半波带的概念:相邻两个环带上的相应两点到观察屏中心点的光程差为半个波长,

这样的环带叫非涅耳半波带。

②观察屏中心的光场振幅计算公式(3.3-12,并注意区分正负号的选取。

③掌握圆孔半径与露出波带数目之间的关系公式(3.3-14;及菲涅耳圆屏衍射的光场

振幅计算公式(3.3-17

④菲涅耳波带片的概念及焦距计算公式(3.4-30

8. 本章例题:3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7。

9. 本章习题:3-3,3-4,3-6,3-11,3-12,3-13,3-15,3-19,3-22,3-26,3-29,3-31,3-33。

第四章

1. 单轴晶体与双轴晶体概念及表示方法的区别;

2. 单色光在晶体中相速度与光线速度的关系,公式(4.2-17,(4.2-18。

3. 单轴晶体中光的传播规律

①两种线偏振模式的折射率计算公式:(4.2-44,(4.2-45;

②结合图4-6分析o光与e光的波法矢方向与其光线方向的关系,掌握离散角的计算公

式(4.2-51与(4.2-52以及由公式(4.2-53推导出的三点结论(P224页①②③;

4. 光在晶体中传播的几何法描述

①结合图4-11掌握折射率椭球的基本性质(P227页①与②;掌握图4-12展示的作图

法;

②掌握折射率曲面的基本概念,结合图4-20掌握正负单轴晶体折射率曲面的关系;掌

握折射率曲面的重要性质:折射率曲面在任一矢径末端处的法线方向,就是与该矢径所代表的波法线方向相应的光线方向;掌握折射率曲面与波矢曲面的关系;

③在掌握折射率曲面的基础之上,结合图4-30,4-31,4-32,4-33,4-34,4-35复习斯

涅耳作图法的思路与步骤;

④理解菲涅耳椭球的基本概念,对比折射率椭球,了解菲涅耳椭球的基本性质;

⑤掌握射线曲面的基本概念,理解“射线曲面就是在晶体中完全包住一个单色点光源

的波面”的涵义;比较射线曲面与折射率曲面的关系,并在此基础之上掌握射线曲面的重要性质:射线曲面上的矢径方向平行于光线方向,其矢径末端处的法线方向就是与该光线方向相应的波法线方向。

⑥在掌握射线曲面的基础上,结合图4-28,4-29复习惠更斯作图法的思路与步骤;

5.晶体光学元件

①理解格兰-汤普森棱镜的结构特征与工作原理;理解渥拉斯顿棱镜的结构特征与工作

原理,并掌握公式(4.4-1;

②掌握全波片的概念及公式(4.4-5与(4.4-7;掌握半波片的概念及公式(4.4-8

与(4.4-10;掌握四分之一波片的概念及公式(4.4-11与(4.4-14;理解适用波片时需注意的波长问题、及主轴方向问题;

③掌握补偿器的相位差计算公式(4.4-15;

6.晶体的偏光干涉

①掌握正交偏振器与平行偏振器的概念及区别;

②结合图4-50掌握偏光干涉光强的计算公式(4.5-5;同时注意补充当晶片光轴位于

起偏器与检偏器的透振轴之间时,考虑相位差的变化(参见例题4-6;

③掌握晶片取向α及晶片相位差φ对输出光强的影响;

7.本章例题:4-2,4-5,4-6;

5.本章习题:4-6,4-7,4-9,4-12,4-13,4-17,4-19,4-20,4-23;

第五章、第六章

1、基本概念:电光效应:因外加电场使介质光学性质(折射率发生变化的效应; 弹光效应:因外加弹性力使介质光学性质(折射率发生变化的效应;

声光效应:因外加超声波场使介质光学性质(折射率发生变化的效应;

旋光效应:通过介质的光束偏振面发生旋转的效应;

磁光效应:在外加磁场作用下使通过介质的光束偏振面发生旋转的效应。

2.外加磁场平行于光轴的电光效应,对3x -切割的KDP 晶体晶片沿光轴方向外加电场前后发生了变化--外加电场后,感应折射率椭球的三个主轴方向为原折射率椭

球的三个主轴绕光轴旋转45°得到;原来的单轴晶体变为双轴晶体;三个主折射率发生了改变,新的主折射率为363312o o n n E γ?,363312

o o n n E γ+ ,e n ;63γ的纵向应用的半波电压3/263/2o U n λλγ=,横向应用时的半波电压(3/263/2o l U n d λλγ=;;电光调制概念—将信息电压加载到光波上的技术叫光调制技术,利用电光效应实现的调制叫电光调制。

3.对于声光效应之布拉格衍射—产生衍射的条件:超声波频率较高,声光作用区较长,光线与超声波波面有一定角度斜入射。---显著特点是衍射光强分布不对称,而且只有零级和+1级或-1级衍射光,如果选择恰当的参量,可以使入射光的能量几乎全部转移到零级或1级衍射极值方向;布拉格衍射的条件是,sin 2i d B B s

λθθθθλ===。

4、旋光现象的解释—进入旋光介质的线偏振光可以看作是右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的组合,在右旋晶体中,右旋圆偏振光的传播速度比左旋圆偏振光的传播速度快(折射率则相反。旋光角度的计算。

5、法拉第效应—介质在强磁场作用下产生旋光现象的效应(磁致旋光效应,其旋光方向取决于外加磁场方向,与光的传播方向无关,具有不可逆性;在光通信中可以用来作为光隔离器。

6.例题5-1,作业5-1,5-6,5-9.

7.光的色散与吸收:光的吸收朗伯定律

0Kl

I I e?

=,光的色散概念:介质的折射率随光波波长变化的现象叫光的色散,正常/反常色散的概念(正常色散—折射率随波长增加而减小的现象,两种色散之间的关系:在固有频率ω0附近的区域即光的吸收区就是光的反常色散区。

8.光的散射:瑞利散射—散射光强度与入射光波长的四次方成反比,可以解释自然现象如天空为什么是蓝色的?旭日和夕阳是红色的?还有海上灯塔等光源大多为长波长的?

Mie散射—大粒子是散射,可以用来解释白雾,牛奶白色等。

9.例题6-1,作业6-1,6-2.