【大学课件】波动光学基础

波动光学基础欢迎来到波动光学基础课程。本课程将深入探讨光的波动性质及其在现代光学中的应用。课程简介光的基本性质探讨光的波动性、干涉和衍射现象。光学仪器学习各种光学仪器的工作原理。现代应用了解全息技术、光纤通信等前沿应用。光的基本特性速度光在真空中的速度约为3x10^8m/s。波长可见光波长范围约为380-780纳米。频率可见光频率约为4x10^14-7.5x10^14Hz。光的波动性横波光是一种电磁波，振动方向垂直于传播方向。波动方程光的传播遵循波动方程，描述了光波在空间和时间上的变化。光的干涉现象定义两列或多列相干光波相遇时，叠加产生的光强分布。条件光源必须相干，且光程差满足特定条件。应用精密测量、光学薄膜、干涉滤光片等。干涉的条件和干涉图形1相干性光源必须具有良好的相干性。2光程差两束光的光程差决定干涉结果。3振幅两束光的振幅影响干涉条纹的对比度。杨氏双缝干涉光源单色相干光源照射双缝。双缝两个狭窄的平行缝隙。屏幕在远处屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。牛顿环干涉1平凸透镜2平面玻璃板3空气薄膜4同心圆干涉环牛顿环是一种典型的等厚干涉现象，广泛应用于光学元件的精密测量。迈克尔逊干涉仪原理图光束分割器将光分成两束，经反射后重新结合产生干涉。实物图精密的光学仪器，用于高精度测量。光的衍射现象1定义光遇到障碍物边缘时发生偏离直线传播的现象。2原理基于惠更斯-菲涅耳原理解释。3类型分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射。4应用光学仪器设计、光谱分析等领域。单缝衍射原理光通过单个狭缝时，在远处屏幕上形成明暗相间的衍射图案。特点中央亮条纹最宽最亮，两侧对称分布次级极大值和极小值。多缝衍射1多缝系统多个平行等宽狭缝组成的衍射系统。2干涉调制衍射与干涉共同作用，形成复杂的光强分布。3主极大主极大间距与单缝衍射相同，但更窄更亮。4次级极大主极大之间出现多个次级极大和极小。光栅定义由大量等间距平行狭缝或反射条纹组成的光学元件。功能能将白光分解成各种波长的单色光。特性具有高分辨率，广泛用于光谱分析。全反射现象定义光从光密介质斜射向光疏介质，入射角大于临界角时发生。条件入射角必须大于临界角，且光从光密射向光疏介质。特点入射光全部被反射，无折射光。全内反射在光学中的应用偏振光定义振动方向受到限制的光波。类型线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。产生方法反射、双折射、选择吸收等。偏振平面的旋转1入射线偏振光入射到旋光物质。2传播光在物质中传播，偏振平面发生旋转。3出射出射光的偏振平面与入射光不同。布拉格衍射1晶体衍射2布拉格条件3衍射角4晶面间距5X射线分析布拉格衍射是X射线在晶体中的衍射现象，广泛应用于晶体结构分析。光的相干性时间相干性描述光波在时间上保持相位关系的能力。空间相干性描述光波在空间上保持相位关系的能力。相干长度光波保持相干性的最大光程差。相干光源和光的相干长度相干光源能产生相干光的光源，如激光器。相干长度与光源的线宽有关，线宽越窄，相干长度越长。应用干涉测量、全息技术等领域。全息技术基础记录利用相干光记录物体的振幅和相位信息。重建用相干光照射全息图，重现物体的三维图像。特点能记录和再现物体的三维信息。全息成像原理1物光从物体反射的光波。2参考光直接来自激光器的光波。3干涉物光与参考光在全息底片上干涉。4记录干涉图样被记录在全息底片上。全息摄影实验实验装置包括激光器、光学元件和全息底片。图像重建用激光照射全息图，观察重建的三维图像。光的色散1定义不同波长的光在介质中传播速度不同。2原理折射率随波长变化。3现象白光分解成彩虹色。4应用光谱分析、色散补偿等。透镜色差定义不同波长的光经透镜折射后焦点位置不同。影响导致图像边缘出现彩色晕圈，降低图像质量。反射色差定义不同波长的光在反射面上的反射角度略有不同。原因反射面材料的折射率随波长变化。影响在某些精密光学系统中可能造成图像质量下降。衍射光谱棱镜光谱利用棱镜的色散特性分光。光栅光谱利用光栅的衍射特性分光。分辨率光栅光谱的分辨率通常高