【大學課件】波動光學基礎(chǔ)

波動光學基礎(chǔ)歡迎來到波動光學基礎(chǔ)課程。本課程將深入探討光的波動性質(zhì)及其在現(xiàn)代光學中的應(yīng)用。課程簡介光的基本性質(zhì)探討光的波動性、干涉和衍射現(xiàn)象。光學儀器學習各種光學儀器的工作原理?，F(xiàn)代應(yīng)用了解全息技術(shù)、光纖通信等前沿應(yīng)用。光的基本特性速度光在真空中的速度約為3x10^8m/s。波長可見光波長范圍約為380-780納米。頻率可見光頻率約為4x10^14-7.5x10^14Hz。光的波動性橫波光是一種電磁波，振動方向垂直于傳播方向。波動方程光的傳播遵循波動方程，描述了光波在空間和時間上的變化。光的干涉現(xiàn)象定義兩列或多列相干光波相遇時，疊加產(chǎn)生的光強分布。條件光源必須相干，且光程差滿足特定條件。應(yīng)用精密測量、光學薄膜、干涉濾光片等。干涉的條件和干涉圖形1相干性光源必須具有良好的相干性。2光程差兩束光的光程差決定干涉結(jié)果。3振幅兩束光的振幅影響干涉條紋的對比度。楊氏雙縫干涉光源單色相干光源照射雙縫。雙縫兩個狹窄的平行縫隙。屏幕在遠處屏幕上觀察到明暗相間的干涉條紋。牛頓環(huán)干涉1平凸透鏡2平面玻璃板3空氣薄膜4同心圓干涉環(huán)牛頓環(huán)是一種典型的等厚干涉現(xiàn)象，廣泛應(yīng)用于光學元件的精密測量。邁克爾遜干涉儀原理圖光束分割器將光分成兩束，經(jīng)反射后重新結(jié)合產(chǎn)生干涉。實物圖精密的光學儀器，用于高精度測量。光的衍射現(xiàn)象1定義光遇到障礙物邊緣時發(fā)生偏離直線傳播的現(xiàn)象。2原理基于惠更斯-菲涅耳原理解釋。3類型分為菲涅耳衍射和夫瑯禾費衍射。4應(yīng)用光學儀器設(shè)計、光譜分析等領(lǐng)域。單縫衍射原理光通過單個狹縫時，在遠處屏幕上形成明暗相間的衍射圖案。特點中央亮條紋最寬最亮，兩側(cè)對稱分布次級極大值和極小值。多縫衍射1多縫系統(tǒng)多個平行等寬狹縫組成的衍射系統(tǒng)。2干涉調(diào)制衍射與干涉共同作用，形成復(fù)雜的光強分布。3主極大主極大間距與單縫衍射相同，但更窄更亮。4次級極大主極大之間出現(xiàn)多個次級極大和極小。光柵定義由大量等間距平行狹縫或反射條紋組成的光學元件。功能能將白光分解成各種波長的單色光。特性具有高分辨率，廣泛用于光譜分析。全反射現(xiàn)象定義光從光密介質(zhì)斜射向光疏介質(zhì)，入射角大于臨界角時發(fā)生。條件入射角必須大于臨界角，且光從光密射向光疏介質(zhì)。特點入射光全部被反射，無折射光。全內(nèi)反射在光學中的應(yīng)用偏振光定義振動方向受到限制的光波。類型線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。產(chǎn)生方法反射、雙折射、選擇吸收等。偏振平面的旋轉(zhuǎn)1入射線偏振光入射到旋光物質(zhì)。2傳播光在物質(zhì)中傳播，偏振平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。3出射出射光的偏振平面與入射光不同。布拉格衍射1晶體衍射2布拉格條件3衍射角4晶面間距5X射線分析布拉格衍射是X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象，廣泛應(yīng)用于晶體結(jié)構(gòu)分析。光的相干性時間相干性描述光波在時間上保持相位關(guān)系的能力。空間相干性描述光波在空間上保持相位關(guān)系的能力。相干長度光波保持相干性的最大光程差。相干光源和光的相干長度相干光源能產(chǎn)生相干光的光源，如激光器。相干長度與光源的線寬有關(guān)，線寬越窄，相干長度越長。應(yīng)用干涉測量、全息技術(shù)等領(lǐng)域。全息技術(shù)基礎(chǔ)記錄利用相干光記錄物體的振幅和相位信息。重建用相干光照射全息圖，重現(xiàn)物體的三維圖像。特點能記錄和再現(xiàn)物體的三維信息。全息成像原理1物光從物體反射的光波。2參考光直接來自激光器的光波。3干涉物光與參考光在全息底片上干涉。4記錄干涉圖樣被記錄在全息底片上。全息攝影實驗實驗裝置包括激光器、光學元件和全息底片。圖像重建用激光照射全息圖，觀察重建的三維圖像。光的色散1定義不同波長的光在介質(zhì)中傳播速度不同。2原理折射率隨波長變化。3現(xiàn)象白光分解成彩虹色。4應(yīng)用光譜分析、色散補償?shù)取Ｍ哥R色差定義不同波長的光經(jīng)透鏡折射后焦點位置不同。影響導(dǎo)致圖像邊緣出現(xiàn)彩色暈圈，降低圖像質(zhì)量。反射色差定義不同波長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隨波長變化。影響在某些精密光學系統(tǒng)中可能造成圖像質(zhì)量下降。衍射光譜棱鏡光譜利用棱鏡的色散特性分光。光柵光譜利用光柵的衍射特性分光。分辨率光柵光譜的分辨率通常高