物理光学教案

1、物理光学 (physical optics) 备课教案第一章 光波的基本性质（The basic nature of light-wave）§1-1电磁场基本方程 (Electromagnetic field fundamental equation)§1-1-1麦克斯韦方程组 (Maxwell Equations)1、麦氏方程组2、各项物理意义§1-1-2物质方程 (Matter Equation)1、表达式2、各项物理意义§1-1-3能量定律，波印廷矢量 (Energy law, Poynting vector)1、 目的2、 电磁场的能量定律3、

2、电磁场能量定律的物理意义4、 波印廷矢量§1-1-4波动方程 (Wave equation)1、 波动方程表达式2、 物理含义§1-2 电磁波 (Electromagnetic wave)1、几个概念：光扰动、光矢量、光场、光振动、横波、波印廷矢量、波面2、标量形式的波动方程§1-2-1平面波 球面波 谐波 (Plane wave, spherical wave, harmonic wave)一、 平面波Plane wave1、 定义2、 表达式3、 图示4、 波动方程5、 物理意义二、 球面波spherical wave1、 定义2、 函数表达式3、 解4、 物

3、理意义三、 谐波harmonic wave1、定义2、数学表达式（1） 通式（2） 平面谐波（3） 球面谐波表达式3、 性质（1） 时间周期性（2） 空间周期性（3） 时间周期性和空间周期性的关系（4） 程长与位相之间的关系4、 谐波数学表达式的简称（1） 平面谐波（2） 球面谐波§1-2-2光波的复数表达式 (The complex expression of light-wave)1、 表达式2、 复振幅3、 总结§1-2-3光波的位相 (Phase of light wave)1、当>0时, Ea(+)位相超前Eb(+)或者说Eb(+)的位相滞后；2、当<

4、0时, Ea(+)位相滞后Eb(+)或者说Eb(+)的位相超前。例1 设E1和E2两列波沿同一方向传播，E1从原点出发，而E2从A点出发，OA距离为d，问在P点两列波的位相哪个超前。例2 设两列波的频率相同，振动方向互相垂直，二者的传播方向都为Z轴。如果，问Ex相对Ey在位相上是超前还是滞后。§1-2-4相速度和群速度 (Phase and group velocities)1、 相速度（1） 平面波的相速度（2） 球面波的相速度（3） 一般情况下的相速度2、 群速度（1） 单色波（2） 群速度条件（3） 群速度定义（4） 群速度求法（5） 群速度与色散之间的关系§1-2-

5、5光的横波性 偏振态及其表示 (The transverse wave nature and polarization state of light and their representations)一、 光的横波性The transverse wave nature of light1、 2、3、4、s二、光波的偏振态The polarization state of light-wave1、 椭圆偏振 elliptical polarization（1） 定义（2） 位相条件（3） 方程2、 线偏振和圆偏振linear polarization and circular polariza

6、tion（1） 定义（2） 位相条件（3） 方程三、椭圆偏振光各参量之间的关系 The relationship of each parameter in the elliptical polarized light1、 三角函数表示法 trigonometric function representation2、 琼斯矩阵表示法 Jones matrix representation（1） 椭圆偏振光（2） 线偏振光 水平方向，即X方向振动的线偏振光 垂直方向，即Y方向振动的线偏振光 与X正方向成45°振动的线偏振光（3） 圆偏振光 左旋圆偏振光 右旋圆偏振光（4）琼斯矢量的应用

7、计算偏振光的叠加 计算偏振光的分解3、 斯托克斯矢量表示法Stokes vector representation 其中 （1）线偏振光： 水平方向振动的线偏振光的斯托克斯矢量 在垂直方向上振动的线偏振光的斯托克斯矢量 在水平方向或角的方向上振动的线偏振光 （2）圆偏振光 右旋圆偏振光 左旋圆偏振光（3）椭圆偏振光4、邦加球表示法Banka ball representation（1） 线偏振光在帮加球上的位置（2） 圆偏振光（3） 椭圆偏振光§1-3光波在各向同性媒质界面上的反射和折射 (The reflection and refraction of light-wave at

8、the interface of isotropic medium)§1-3-1边界条件 (Boundary condition)一、 法向分量 normal component二、 切向分量 tangential componentE t=E t§1-3-2反射定律和折射定律 (Reflection law and refraction law) （1）证明入射光和反射光、折射光光面均在入射面内（2）入射角、反射角、折射角之间的关系§1-3-3菲涅耳公式 (Fresnel formula)1、 电场强度E垂直入射面的情况（即讨论分量和相应的分量）（1）先分别写出

9、入射波、反射波、折射波的和的表达式：（2）对于两透明媒质的分界面，有下列边界条件（3）因为平行于Z轴，又因为分界面为XOZ平面，所以平行于分界面，即 因此有 所以有 （4）反射光、折射光的垂直分量（振幅和相位）和入射光垂直分量之间的关系 2、 电场强度E平行入射面的情况（即讨论E/分量和相应的分量）3、 菲涅耳公式（1）公式 （2）记忆方法 （3）振幅反射比r和振幅透射比随入射角的变化曲线§1-3-4反射率和透射率 (reflectivity and transmissivity)一、反射率和透射率reflectivity and transmissivity1、 定义2、 表达式

10、3、 线偏振光的表达式三、 影响反射率的因素 The factor of influence reflectivity1. 2 13 n2举例§1-3-5反射和折射时的偏振 (The polarization of reflection and refraction)一 ：r t二 偏振度1定义2举例3反射光、折射光的偏振状态（1）=0或=90时有（2）（3）、0或90时§1-3-6在垂直入射和斜入射情况下反射光的相位跃变 (The phase mutation of reflective light at normal incidence and oblique inci

11、dence)一、 折射光无相位跃变The non-phase mutation of refract light二、 反射光的相位跃变The phase mutation of reflective light1 1） 2） 3）2 1） 2） 3 小角度和略入射 1）小角度 2）略入射§1-3-7全反射 (total reflection)1）定义2）复数形式的折射定律3）复数形式的菲涅尔定律4）反射光的强度5）反射光的相位跃变6）光波在第二媒质中的穿透深度 §1-4光波在金属表面上的反射和折射 (The reflection and refraction of ligh

12、t-wave at the surface of metal) §1-4-1导体中的电磁波 (Electromagnetic wave in the conductor) §1-4-2金属对光的反射和折射 (The reflection and refraction of light at the surface of metal)应用知识 1、光导纤维：利用全反射原理传输光信号。2、光纤液面计：利用全反射原理测量液面高度。3、偏振太阳镜一九七三年，美国DR.Edwinland根据偏光原理，发明了一种偏光镜片，用来制成太阳镜、照相机的镜头、滤光镜以及其它科学用途，博士本人因

13、而名声大噪，随之创立Polaroid（宝丽来）公司。偏光镜片是一种特殊的过滤材料，可滤去因水面、潮湿或阳光照耀的马路和潮湿沙地的反射光。通常，阳光是向四面八方射的，当射到物体上，光线重新定向反射出来，形成水平及垂直两种反射光，前者就是造成目眩的乱反射光，这是影响视线的无用偏光。偏光镜片采用和隐形眼镜一样轻巧精的合成树脂制厂成。薄薄的镜片，事实上是七成薄片合成的。最外面两层是超硬的耐磨层；第二，六层是防碎强化层；第三、五成是紫外线过滤去；最中间一层是偏光过滤层，整体构造精密独特，经测试，能滤除99%刺眼乱反射光，96%有害紫外线，并具防碎、防磨特殊功能。一般有色玻璃片和塑胶片所无法克服的发射偏光

14、，在通过此种过滤镜片时，即被黑晶体的百叶窗式结构所滤掉，剩下有用的垂直光线进入眼睛，感觉就舒适清楚了。第一章光波的基本性质习题（1）作业习题1、 试说明下列各组光波表达式所代表的偏振态。x=osin（t-kz），y=ocos（t-kz）x=ocos（t-kz），y=ocos（t-kz+）x=osin（t-kz），y=-osin（t-kz）2、 试证明：频率相同，振幅不同的右旋与左旋圆偏振光能合成一椭圆偏振光。3、 把一根截面是矩形的玻璃棒（折射率为1.5）弯成马蹄形，如图所示。矩形宽为d，弯曲部分是一个圆，内半径是R。光线从一个端面正入射。欲使光线从另一端面全部出射，R/d应等于多少？4、 若

15、入射光线是线偏振光，入射角为，其振动面与入射面间的夹角为。试证：这时空气和玻璃的分界面上，反射光仍然是线偏振光，并求其振动面和入射面间的夹角以及振动面的旋转方向。5、 欲使线偏振光的激光束通过红宝石棒时，在棒的端面上没有反射损失，则棒端面对棒轴倾角应取何值？光束入射角1等于多少？入射光的振动方向如何？已知红宝石的折射率为n=1.76。光束在棒内沿棒轴方向传播。6、 试证明琼斯矢量表示的椭圆偏振光，其主轴与X轴夹角为tan1（2）讨论习题1、 如图用棱镜是光束方向改变，要求光束垂直于棱镜表面射出，入射光是平行于纸面振动的HeNe激光（波长=3628Å）。问，入射角i等于多少时，透射光为

16、最强？并由此计算此棱镜底角应磨成多少？已知棱镜材料的折射率n=1.52。若入射光是垂直纸面振动的HeNe激光束，则能否满足反射损失小于1%的要求？2、 下图是激光技术中用以选择输出波长的方法之一。它是利用在入射面内振动的光，在布鲁斯特角入射时反射光强为零，以及布鲁斯特角的值与波长有关的这些事实，使一定波长的光能以最低损耗通过三棱镜而在腔内产生振荡，其余波长的光则因损耗大而被抑制不能振荡，从而达到选择输出波长的目的。现欲使波长为6328Å的单色线偏振光通过三棱镜而没有反射损失，则棱镜顶角应取多大？棱镜应如何放置？设棱镜材料的折射率为n=1.457。（3）思考题1、一观察者站在水池边观看

17、从水面反射来的太阳光，若以太阳光为自然光，则观察者所看到的反射光是自然光，线偏振光还是部分偏振光？它与太阳的位置有什么关系？为什么？（4）课程论文1、查阅相关文献后，写一篇利用光的偏振态实现光学传感的论文。第二章 光的干涉 The interference of light§2-1 两单色光波的干涉 The interference of two monochromatic light-waves1定义2产生条件3两光波的叠加4与关系5获得相干光的方法分类：分振幅、分波面§2-2 分波面的双光束干涉 Two-beam interference of split wave f

18、ront一、双缝干涉 Two-slit interference1、与2、亮暗条纹的位置3、相邻两条纹间间距二、其它分波面干涉的装置 The other devices of split wave front interference§2-3 分振幅的双光束干涉 Two-beam interference of split amplitude§2-3-1 等倾干涉 Equal inclination interference 一、 计算光程差的公式 The equation of calculating optical path difference1）相干原理2）公式 再

19、利用折射定律并化简，可得 3）半波损失二、 观察等倾干涉的实验装置 The experimental facility of observing equal inclination interference1等倾干涉 2条件 3装置 4形成过程三、 等倾条纹的性质 The feature of equal inclination fringe1、 中央条纹 Central fringe、m、2、 条纹的半径和间距 Radius and separation of fringe§2-3-2等厚干涉Equal thickness interference一、 等厚干涉的现象 The ph

20、enomenon of equal thickness interference二、 观察等厚干涉的实验装置The experimental facility of observing equal thickness interference三、 等厚干涉条纹的特征 The feature of equal thickness interference fringe1、 条纹的形状 The shape of fringe2、 条纹数目 The number of fringe3、 条纹的移动 The moving of fringe4、 条纹的间距和颜色The separation and c

21、olor of fringe四、 空气尖劈1、 形成2、 D3、 N4、 em5、 条纹的移动 §2-3-3 迈克尔逊干涉仪 Michelsons interferometer一、 仪器的结构和特点 The structure and feature of device1结构2形成过程3 P1 、P2 的作用 二、 干涉条纹的分析 The analysis of interference fringe1、 等厚干涉的直条纹 The straight fringe of equal thickness interference1）条件2）特点 零级条纹2、 等倾干涉的圆条纹 The c

22、ircle fringe of equal inclination interference1）条件2） 特点 = .h下降， 条纹向中心收缩 条纹间距§2-4 光源的相干性 The coherence of light source1、时间相干性2、空间相干性§2-4-1 相干长度和时间相干性 Coherent length and time coherence1相干长度1） 定义2） L与关系2相干时间1） 定义§2-4-2 相干时间和谱线宽度间的关系 The relationship of coherent time and line breadth一、谱线

23、宽度二、关系1） 不同 分布2） 不同 分布3）实例 §2-4-3 空间相干性 Spatial coherence1 以双缝干涉为例 计算：对光源尺寸的要求2 相干长度3 相干体积§2-4-4 光源尺寸对干涉效应的影响The influence of light-source size to interference effect1 等倾干涉2 等厚干涉§2-5 驻波 Standing wave 一 原理1 定义2 4 分析波节波腹二 实验 1 装置 2 原理§2-6 平行平板的多光束干涉 The multiple-beam interference o

24、f parallel-plate §2-6-1多光束干涉的强度分布 The intensity distribution of multiple-beam interference §2-6-2 干涉条纹的特点 The feature of interference fringe§2-7 法布里-珀罗干涉仪 Fabry-Perot interferometer §2-7-1 干涉仪的结构 The structure of interferometer §2-7-2 干涉仪的性能参数 The performance parameter of in

25、terferometer一、 正入射情况下的透射波长和透射频率 The transmission wavelength and transmission frequency when normal incident二、 仪器的分辨本领 The resolution capability of device三、 仪器的角色散 The angle dispersion of device §2-7-3 干涉仪应用举例The applied example of interferometer一、 利用法布里-珀罗干涉仪测量波长非常接近的二光波的波长差Using Fabry-Perot in

26、terferometer measure wavelength difference of two approach wavelength二、 法布里-珀罗干涉仪作为激光器的谐振腔 Fabry-Perot interferometer act as resonant cavity of laser三、 法布里-珀罗扫描干涉仪 Fabry-Perot scanning interferometer§2-8 光学薄膜简介 The abstract of optical thin-film§2-8-1 单层光学膜 single-layer optical film§2-

27、8-1 多层光学膜 multi-layer optical film应用知识一、测定平板表面的平面度及局部误差图2.3.7 曲率差与光圈数的关系牛顿环条纹除了象2-3-2所讲的可被用来测量透镜的曲率半径外，在光学车间里，还广泛用来检验光学元件的表面质量。常用的玻璃样板检验光学元件表面质量的方法，就是利用与牛顿环相类似的干涉条纹，这种条纹形成在样板表面和待检元件表面之间的空气层上，通常称为“光圈”。根据光圈的形状、数目以及用手加压后条纹的移动，就可检验出元件的偏差。例如用一平玻璃和一凸透镜或者一凹透镜贴在一起，所形成的干涉环都是圆环，从干涉环上无法判断两块透镜谁凸，谁凹。为此可用手在其边缘加压，

28、图2.3.8，若干涉圆环向边缘移动，则表示下面的玻璃是凸的。若干涉圆环向中心收缩，则表示下面的玻璃是凹的。这中间的道理只要看其间空气隙厚度的变化即可明了。图2.3.9 干涉条纹的移动图2.3.8用干涉条纹测量不平度若零件中心比边缘高，则在边缘加压时，如图2.3.9所示。零件表面的形状就会从曲面AOB变成虚线AOB，即空气膜由厚变薄。因此，相应各点光程差也变小，条纹的干涉级次亦随之降低。所以原来靠近中心的低级次圆环现在就要向边缘（向外）移动了。所以由于边缘加压，使空气隙厚度改变，条纹亦随之起变化，形成新的条纹分布，且空气隙厚度每改变，就会移动一个条纹。通常估测条纹弯曲程度所能达到的精确度约为1/

29、10条纹，所以平面干涉仪测定平面缺陷的精确度为1/20波长，约0.03微米。一般光学平面要求平面偏差，即条纹弯曲不超过条纹间距的1/2（N1/2），这类平面极为容易由平面干涉仪作简单的目视检定。比较高级的光学平面，如上述的“标准平面”和后面将要叙述的迈克耳孙干涉仪及法布里-珀罗干涉仪上用的平面镜，其平面偏差不超过1/20波长。对于这一类平面，可以利用平面干涉仪作出精确的定量测定。二、测量平行平板的平行度及小角度光楔的楔角平面干涉仪还可以测量平行平板的平行度，为此，应调节仪器使标准平面上的反射光移出视场之外，同时在视场中观察到平行平板上下两表面产生的等厚干涉条纹。条纹的形状和间距与三个因素有关：

30、（1）平板上下表面的加工质量；（2）两表面的几何平行度；（3）玻璃的光学均匀性。严格说来，所测量的平行度是光学平行度。在平板不太厚时，玻璃的不均匀性影响很小，所以测出的平行度可看作是几何平行度。图2.3.10 平行平板的平行性误差及所生条纹平行平板的平行度用最大厚度差h表示（图0），如在直径为D的平行平板上观察到条纹的数目为N，则最大厚度差为式中n是平板的折射率。因为N=D/e，所以 2.3.20因此，只要测出干涉条纹的间距e，即可由上式算出在直径D内的最大厚度差。平板上下两表面的楔角，易见有 2.3.21 测量小角度光楔的楔角时，可用上式计算。第二章光的干涉习题（1）作业习题1、利用牛顿环的

31、干涉条纹可以测定凹曲面的曲率半径。方法是把已知半径的平凸透镜和凸面放在待测的凹面上，在两镜面间形成空气隙，可以观察环状的干涉条纹。如图，试证明第m个暗环的半径rm和凹半径R2 凸半径R1以及光波波长之间的关系为 。2、将迈克耳逊干涉仪调到能看到定域在无穷远干涉条纹，一望远镜焦距为40厘米，在焦平面处放有直径为1.6厘米的光阑，两反射到半镀银镜的距离分别为30厘米和32厘米，问对的入射光波，在望远镜中能看到几个干涉条纹？3、一束准直的白光正入射到一块折射率为n，厚度为d的玻璃板上，推导出作为波长函数的透射比公式，并证明透射比最大值落在的波长处，式中为真空中的波长，N为整数。（透射函数是周期性的，

32、用波数或频率表示，称之为“沟槽光谱。）（。式中，为光在真空中的波长。）4、已知一组法布里-珀罗标准具的间距分别为1毫米，60毫米和120毫米，对于微米的入射光而言，求其相应的标准具常数。如果某一激光器发出的激光波长为6328纳米，波长宽度为0.001纳米，测量其波长宽度时应选用多大间距的法布里-珀罗标准具？5、将法布里-珀罗标准具置于密封容器中，然后在容器内充以压强为P的气体。设气体的折射率是压力的线性函数，k为气体有关的常数。对于空气，k=2.68×103帕-1（=3.57×10-1乇-1）改变压强P可实现波长扫描。试证明：。（2）讨论习题1、在平晶面和凸球面组成的牛顿环

33、干涉装置中，如图，如果把平晶面拉开，平移一小段距离，则等厚干涉环怎样变动（包括中心强度，环的收缩和扩大，环的疏密）？说明理由。2、如果玻璃板是由两部分组成（冕牌玻璃n=1.50和火石玻璃n=1.75），如图，平凸透镜是用冕牌玻璃制成的，而透镜与玻璃板之间的空间充满着二硫化碳（n=1.62）这时牛顿环是何形状？（3）思考题1.多光束叠加与双光束叠加的计算方法和计算结果有什么差别？多光束干涉的主要特点是什么?决定多光束干涉条纹强度分布的主要原因是什么？这些因素怎样影响条纹的强度分布？条纹宽度怎样计算？条纹精细度N是什么意思？为什么多光束干涉结果会使条纹变锐？2.牛顿环与等倾干涉条纹有何异同？实验上

34、如何区分这两种干涉图样？（4）课程论文查阅相关文献后，写一篇利用光的干涉现象实现光学传感的论文。第三章 光的衍射 The diffraction of light§3-1 衍射的基本理论 The basic theory of diffraction §3-1-1惠更斯-菲涅耳原理 Huygens-Fresnel fundamentals 一 现象及特点 1现象2 特点 3 举例 狭缝衍射 圆孔衍射 二 惠更斯-菲涅耳原理1 原理2 表达式 §3-1-2基尔霍夫衍射公式 Kirchhoff diffraction formula一、 基尔霍夫积分定理 Kirchh

35、off integral theorem1、 亥姆霍兹方程 Helmholtz equation2、 格林定理 Green theorem3、 亥姆霍兹和基尔霍夫积分定理 Helmholtz and Kirchhoff integral theorem（1） 格林公式的简化 The simplify of Green theorem（2） 格林函数的选择 The selection of Green function（3） 亥姆霍兹和基尔霍夫积分定理 Helmholtz and Kirchhoff integral theorem二、 平面屏幕衍射的基尔霍夫理论 Kirchhoff theor

36、y of plane screen diffraction§3-1-3夫琅和菲衍射和菲涅耳衍射 Fraunhofer diffraction and Fresnel diffraction一、 初步近似 First approximation二、 菲涅耳近似 Fresnel approximation三、 夫琅和菲近似 Fraunhofer approximation§3-2夫琅和菲单缝衍射 Fraunhofer single slit diffraction§3-2-1衍射光强的计算 The calculation of diffracted light int

37、ensity§3-2-2对光强分布公式的分析 The analysis of light intensity distributed equation一、 极值条件和极值 Extreme condition and extreme1、 极小 Minimum2、 主极大 Primary maximum3、 次极大 Second maximum三、 条纹宽度及其影响因素 The width of fringe and its influencing factor 1衍射主极大条纹宽度 2衍射次极大条纹宽度 3影响条纹宽度的因素 1） 波长对条纹宽度的影响 The influence of

38、 wave-length to width of fringe2）缝宽对条纹宽度的影响 The influence of slit width to width of fringe§3-3巴俾涅原理 Babinet principle§3-4夫琅和菲多缝衍射 Fraunhofer multi-slit diffraction§3-4-1双缝的干涉和衍射 The interference and diffraction of double slit一 定性分析二 光强分布的定性分析 三 条纹特点 1 =0 2衍射主级大内包含干涉极大的数目1） 衍射主级大条纹范围2）

39、 干涉角的范围3） 包含数目§3-4-2多缝的干涉和衍射 The interference and diffraction of multi-slit一 实验装置二 光强分布 1干涉极大 2干涉极小 3次极大 4条纹宽度 5缺极现象§3-5衍射光栅 Diffraction grating§3-5-1平面衍射光栅 Plane diffraction grating一、 光栅 Grating二、 光栅方程Grating equation三、 光栅的主要性能 Main nature of grating1、 色散率 Dispersion power2、 分辨本领 Res

40、olution capability3、 光栅的色散范围 Dispersion range of grating§3-5-2闪耀光栅 Blazed grating一、 闪耀光栅的特点 The feature of blazed grating二、 闪耀光栅和闪耀角 Blazed grating and blaze angle 1、 改变衍射主极大的方法：反射、折射2、 闪耀条件§3-5-3凹面光栅Concave grating一、 凹面光栅的原理 The principle of concave grating二、 凹面光栅的成像系统 The image-forming s

41、ystem of concave grating§3-5-4超声光栅 Ultrasonic grating一、 布拉格公式 Bragg equation二、 正弦光栅 Sinusoidal grating1、 正弦型振幅光栅 Sinusoidal amplitude grating2、 正弦型位相光栅 Sinusoidal phase grating三、 超声光栅 Ultrasonic grating§3-6夫琅和菲圆孔衍射 Fraunhofer circular aperture diffraction§3-6-1圆孔衍射 Circular aperture d

42、iffraction一、实验装置二、条纹特点三、强度分布 1、中央亮环 2、第一极小§3-6-2理想光学系统的分辨本领 The resolution capability of perfect optical system一、 眼睛的分辨本领 The resolution capability of eye二、 望远镜的最小分辨率 The min-resolution of telescope三、 照相物镜的分辨本领The resolution capability of photographic objective四、 显微镜的分辨本领The resolution capabili

43、ty of microscope§3-7菲涅耳衍射 Fresnel diffraction§3-7-1圆孔衍射 Circular aperture diffraction一、 波带法 Wave band method 优、缺点二、 影响各振幅大小的因素 The factor of influence various amplitude magnitude1、 求各波带之面积 Calculated the area of various wave band 2、 求各带到P0点的距离rN Calculated the distance rN from various wave

44、 band to P0 point 3、 倾斜因子 Inclination factor三、 半波带数与衍射效应 The number of half wave band and diffraction effect1 半波带数2 衍射效应 四、 轴外点光强的分布 The light intensity distribution of off-axis point§3-7-2圆屏衍射 Circular screen diffraction§3-7-3直边衍射和单缝衍射 Straight flange diffraction and single slit diffracti

45、on 1、实验装置 2、实验现象 3、科纽螺线 4、直角衍射与科纽螺线 5、菲涅耳单缝衍射螺线§3-7-4波带片 Wave band sheet1、定义2、理论依据3、菲涅耳透镜特点4、菲涅耳透镜制作方法应用知识光栅色散型成像光谱仪出现较早、技术比较成熟,绝大多数航空和航天成像光谱仪均采用了此类分光技术,光栅的典型应用方式如图所示。入射狭缝位于准直系统的前焦面上,入射的辐射经准直光学系统准直后,经光栅色散由成像系统将狭缝按波长成像在焦平面探测器上。图1光栅的典型应用方法在发射光束中使用光栅的光谱仪已经获得美国国家专利,在这种使用方法中,从狭缝入射的光不需准直系统准直而直接入射到平面闪

46、耀光栅上,经光栅衍射后可得到目标狭缝的光谱虚像,成像系统将狭缝按波长成像在面阵探测器的不同位置处。PeterA.Jones将这种光谱技术应用到成像光谱仪中,工作原理如图2所示,与传统的准直光束中使用光栅的方法相比,发散光束中使用光栅具有较多优点。因此,PeterA.Jones将这种成像光谱技术应用到了OrbView24卫星上的战术遥感器的概念设计中。图2 发散光束中使用光栅的分光技术第三章光的衍射习题（1）作业习题1、如下图所示，一光栅的上部为等间距光栅，栅距为0.02毫米，下部某栅距带有误差毫米。此光栅受到一个平面波照射，如果只考虑一级衍射，求栅距为处的衍射光线所产生的附加相关（迂回相位原理

47、）。2、已知一法布里-珀罗标准具的空气间隔h=4厘米，两镜面的反射率均为R=89.1%另一反射光栅的刻线面积为厘米2，光栅常数为1200条/毫米，取其一级光谱，试比较这两个分光元件对红光的分光特性。3、一平行单色垂直入射到一光栅上，在满足时，经光栅相邻两缝沿方向衍射的两束光的光程差是多少？经第1缝和第n缝衍射的两束光的光程差又是多少？这时通过任意两缝的光迭加是否都会加强？4、一束光直径为2mm的HeNe激光器（=632.8nm）自地面射向月球。已知地面和月球相距3.76×105km，问在月球上得到的光斑有多大？如用望远镜做扩束器把该光束扩成直径为5m，应用多大倍数的望远镜？用此扩束镜

48、后再射向月球，问在月球上的光斑是多大？5、菲涅耳圆孔衍射（R,r0有限）当r0连续变化时，观察屏上轴上点的光强如何变化？为什么？（R，光源到孔间距；r0观察点到孔间距）（2）讨论习题1、光学仪器的分辨标准是怎样确定的？为什么这样规定？望远镜、显微镜和照相物镜的分辨本领各由什么因素决定？在可见光范围内限制分辩本领提高的主要是什么？为什么显微镜的有效放大倍数只是200300倍左右？能否用增加目镜放大倍数的办法来缩小显微镜的最小分辨距离？2、用下图的装置观察白光，则在屏上将出现一条连续光谱。若在棱镜和物镜L2之间放一单缝，缝的细长方向与光谱展开方向一致，则在屏上将出现几条如图所示的弯曲彩色条纹。试解

49、释这一现象。3、波带片与透镜的有何区别与联系？（3）思考题1、有人认为：“干涉和衍射，在本质上并没有什么不同，都是光波相干性造成的，都是波动过程的特征。区别只是形式，干涉是由分离的一个个相干光束叠加的结果，衍射则是一个波面造成，实际上由连续的无数个子波叠加所产生”。对此，你是怎样理解的？1、试比较单缝、双缝、多缝、和闪耀光栅的平行光衍射的光强分布，并说明这些光强分布不同的原因。2、在平行光的双缝衍射实验中，缝距d=2a（a是缝宽）。若挡住一缝，条纹有何变化？原来亮条纹处的光强是否会变小？为什么？3、菲涅耳衍射和夫琅和菲衍射有何区别？（4）课程论文查阅相关文献说明为何单缝衍射时只考虑缝宽方向的衍

50、射而不考虑缝长方向的衍射。注：第四章不讲，内容较少，教师可以介绍一下，将在激光原理课程中详细讲解。第五章 晶体光学基础 the foundation of crystal optics§5-1 晶体的介电张量 the dielectric tensor of crystal各向同性定义各向异性定义 §5-2 单色平面电磁波在各向异性媒质中的传播 The transmission of monochromatic plane electromagnetic in the anisotropic medium §5-2-1 各向异性晶体中的电磁场方程 Electrom

51、agnetic field equation of anisotropic crystal1、表达式2、特点3、Vr Vp§5-2-2 光在晶体中的传播（解析法）The transmission of light in the crystal (analysis method)一、D。E表达式二、菲涅耳波法线方程1、表达式 三、举例1、已知、求n2、已知、求D。E方向3、D、E、K、S关系4、立方晶体5、单轴晶体，已知、求D，E，n四、寻常光（ordinary ray）、非寻常光（extraordinary ray）1、寻常光 o光 / /2、非寻常光 e光 D，E共面 共面3、o和

52、e间夹角4、讨论1）当时 = 02）当时 = 0五、小结1、光轴2、单轴晶体3、正单轴晶体4、负单轴晶体5、o光6、e光§5-2-3 光在晶体中的传播（图解法）The transmission of light in the crystal (graphing method)一、折射率椭球（光率体）refractive index ellipsoid (indicatrix)1表达式2 物理意义3 几何作图法二、 晶体对称性对折射率椭球的影响 The influence of crystal symmetry to refractive index ellipsoid1、 立方晶体的

53、折射率椭球 refractive index ellipsoid of cubic crystal 2、 单轴晶体的折射率椭球 refractive index ellipsoid of uniaxial crystal3、 双轴晶体的折射率椭球 refractive index ellipsoid of biaxial crystal三、折射率面 refractive index plane1、 立方晶体的折射率面 refractive index plane of cubic crystal2、 单轴晶体的折射率面 refractive index plane of uniaxial cr

54、ystal3、 双轴晶体的折射率面 refractive index plane of biaxial crystal§5-3平面光波在晶体表面上的反射和折射 The reflection and refraction of plane light-wave at the surface of crystal §5-3-1 光在晶体表面上的反射定律和折射定律 Reflection law and refraction law of light at the surface of crystal一、 计算法 calculated method二、 作图法 graphing m

55、ethod1、 平面光波正入射 normal incidence of plane light-wave（1） 光轴平行于晶面 optical axis parallel to the surface of crystal（2） 光轴垂直于晶面 optical axis normal to the surface of crystal（3） 光轴与晶面斜交 optical axis oblique crossing to the surface of crystal2、 平面波在主截面内斜入射 the oblique incidence of plane wave at the main cr

56、oss section3、 光轴平行于晶面，入射面垂直于主截面 Optical axis parallel to the surface of crystal, incidence plane normal to the main cross section§5-4 偏振器和补偿器 polarizer and compensator §5-4-1 反射型偏振器 reflected polarizer §5-4-2 双折射型偏振器 birefringent polarizer一、 工作原理 operating principle二、 特性 character1、 通光面积 clear area2、 孔径角 aperture angle3、 消光比 extinction ratio4、 抗损伤能力 anti-damage capability §5-4-3 散射型