2021-2022学年高二物理竞赛课件：光学总结

1、光学总结一、基本概念1、光程：2、相干光的获得：3、双光束干涉分波振面法、分振幅法 光疏媒质（n较小） 光密媒质（n较大），反射光与入射光在反射点将出现的位相突变的现象。4、半波损失现象： 阿贝波特实验实验装置物面透镜1衍射面像面透镜2空间滤波：在透镜的像方平面（衍射面）上人为地增加或减少参与成像的空间频谱成分，从而得到改变的像的方法。全息照相 1. 全息照相的特点 普通照相底片记录物体各点的光强（振幅），彩色照相底片还记录了光的波长信息；全息照相同时记录光的全部信息（波长、振幅和相位）。 普通照相得到的只是物体的二维平面图像；全息照相可以再现物体的立体图像。 普通照相底片撕去一部分，记录的图

2、像就不完整；全息照片只需其中一小片，仍能再现完整的图像。全息照相的记录和再现 全息照相的记录物光和参考光进行相干叠加，在全息感光片上形成干涉条纹。感光片记录下来的干涉图样经显影处理后得全息底片，称为全息图全息照相的再现 用同参考光完全相同的光（再现光）照射全息底片，在原来物的位置上将观察到立体逼真的原物的虚像。在对全息图对称的位置还有一个原物的三维实像，通常有很大像差。3. 全息照相的应用 全息信息存储 全息显微摄影和全息显示 显微放大；立体电影、电视；防伪标志、保密标记、艺术和装饰等。 全息干涉计量 无损探伤、微应力应变测量、振动分析等。 全息光学元件 全息透镜、全息光栅、全息滤光片、全息扫

3、描器等。 非线性光学 非线性光学研究介质在强相干光作用下产生的非线性现象及其应用。 1. 非线性光学现象 光与介质相互作用时，介质极化。在各向同性的介质中，极化强度 与场强 的方向相同，大小满足关系式： 为通常的极化率，、 为二阶、三阶的极化系数，是与光强无关的常量，由介质的性质决定。 对于强激光（E1010 V/m），电场强度可与原子内部的库仑场相比拟，介质的极化强度不仅与场强E的一次方有关，而且还决定于E的更高幂次项，从而导致产生各种非线性现象，称为非线性光学。 普通光源光波的电场强度（约1034 V/m）远小于原子内部的平均场强（约31010 V/m），介质的极化强度与光波的电场强度成正

4、比，即 P = E ，此时光波叠加遵守线性叠加原理，称为线性光学。 强光与被动介质相互作用产生的非线性光学现象； 强光与激活介质相互作用产生的非线性光学现象；如光学整流、光学倍频、光学混频、自聚焦等。 如受激拉曼散射、受激布里渊散射等。 2. 光学倍频除原有频率的基频外，还出现了频率2的倍频项（称为光学倍频）和直流项（称为光学整流）。设角频率为 的强激光入射到非线性介质上，其场强为 介质响应的极化强度为（略去三阶以上高次项）：3. 光学混频当两束频率为1和 2（12）的激光同时射入介质时， 利用光学混频效应可制作光学参量振荡器，这是一种可在很宽范围内调谐的类似激光器的光源，可发射从红外到紫外的相干辐射。 极化强度 P 中除产生基频、倍频和直流项外，还将产生频率为(1+2)的和频项和频率为(12)的差频项，称为光学混频。4. 自聚焦 在强光作用下某些非线性介质（如二硫化碳、甲苯）的折射率将随光强的增加而增大。 激光束的强度具有高斯分布，光强在中轴处最大，并向外围递减，于是激光束的轴线附近有较大的折射率，像凸透镜一样光束将向轴线自动会聚，直到光束达到一细丝极限（直