2021-2022學年高二物理競賽課件：光學總結(jié)

1、光學總結(jié)一、基本概念1、光程：2、相干光的獲得：3、雙光束干涉分波振面法、分振幅法 光疏媒質(zhì)（n較?。?光密媒質(zhì)（n較大），反射光與入射光在反射點將出現(xiàn)的位相突變的現(xiàn)象。4、半波損失現(xiàn)象： 阿貝波特實驗實驗裝置物面透鏡1衍射面像面透鏡2空間濾波：在透鏡的像方平面（衍射面）上人為地增加或減少參與成像的空間頻譜成分，從而得到改變的像的方法。全息照相 1. 全息照相的特點 普通照相底片記錄物體各點的光強（振幅），彩色照相底片還記錄了光的波長信息；全息照相同時記錄光的全部信息（波長、振幅和相位）。 普通照相得到的只是物體的二維平面圖像；全息照相可以再現(xiàn)物體的立體圖像。 普通照相底片撕去一部分，記錄的圖

2、像就不完整；全息照片只需其中一小片，仍能再現(xiàn)完整的圖像。全息照相的記錄和再現(xiàn) 全息照相的記錄物光和參考光進行相干疊加，在全息感光片上形成干涉條紋。感光片記錄下來的干涉圖樣經(jīng)顯影處理后得全息底片，稱為全息圖全息照相的再現(xiàn) 用同參考光完全相同的光（再現(xiàn)光）照射全息底片，在原來物的位置上將觀察到立體逼真的原物的虛像。在對全息圖對稱的位置還有一個原物的三維實像，通常有很大像差。3. 全息照相的應用 全息信息存儲 全息顯微攝影和全息顯示 顯微放大；立體電影、電視；防偽標志、保密標記、藝術(shù)和裝飾等。 全息干涉計量 無損探傷、微應力應變測量、振動分析等。 全息光學元件 全息透鏡、全息光柵、全息濾光片、全息掃

3、描器等。 非線性光學 非線性光學研究介質(zhì)在強相干光作用下產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象及其應用。 1. 非線性光學現(xiàn)象 光與介質(zhì)相互作用時，介質(zhì)極化。在各向同性的介質(zhì)中，極化強度 與場強 的方向相同，大小滿足關(guān)系式： 為通常的極化率，、 為二階、三階的極化系數(shù)，是與光強無關(guān)的常量，由介質(zhì)的性質(zhì)決定。 對于強激光（E1010 V/m），電場強度可與原子內(nèi)部的庫侖場相比擬，介質(zhì)的極化強度不僅與場強E的一次方有關(guān)，而且還決定于E的更高冪次項，從而導致產(chǎn)生各種非線性現(xiàn)象，稱為非線性光學。 普通光源光波的電場強度（約1034 V/m）遠小于原子內(nèi)部的平均場強（約31010 V/m），介質(zhì)的極化強度與光波的電場強度成正

4、比，即 P = E ，此時光波疊加遵守線性疊加原理，稱為線性光學。 強光與被動介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的非線性光學現(xiàn)象； 強光與激活介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的非線性光學現(xiàn)象；如光學整流、光學倍頻、光學混頻、自聚焦等。 如受激拉曼散射、受激布里淵散射等。 2. 光學倍頻除原有頻率的基頻外，還出現(xiàn)了頻率2的倍頻項（稱為光學倍頻）和直流項（稱為光學整流）。設(shè)角頻率為 的強激光入射到非線性介質(zhì)上，其場強為 介質(zhì)響應的極化強度為（略去三階以上高次項）：3. 光學混頻當兩束頻率為1和 2（12）的激光同時射入介質(zhì)時， 利用光學混頻效應可制作光學參量振蕩器，這是一種可在很寬范圍內(nèi)調(diào)諧的類似激光器的光源，可發(fā)射從紅外到紫外的相干輻射。 極化強度 P 中除產(chǎn)生基頻、倍頻和直流項外，還將產(chǎn)生頻率為(1+2)的和頻項和頻率為(12)的差頻項，稱為光學混頻。4. 自聚焦 在強光作用下某些非線性介質(zhì)（如二硫化碳、甲苯）的折射率將隨光強的增加而增大。 激光束的強度具有高斯分布，光強在中軸處最大，并向外圍遞減，于是激光束的軸線附近有較大的折射率，像凸透鏡一樣光束將向軸線自動會聚，直到光束達到一細絲極限（直