物理光学总复习背他妈的

物理光学总复习背他妈的第一章：光在各项同性介质中的传播特性一、光的电磁波动理论核心内容与基本要点：光是波，光波是光频电磁波；具体地讲，光波是一定频段（或者一定波长范围内）的电磁波。光波是纯粹的横波，具有偏振的性质；在传播的过程中，当光遇障碍物时会表现出光的干涉和光的衍射现象。光在真空中的传播速度是：c＝299792.458km/s≈300000km/s光的传播过程，实质上就是光矢量(即电场强度矢量和磁场强度矢量)的振动形式（即振动方式）、振动状态和振动面貌（即振动相位）、以及由它们所决定的光能量（或者能流）的传播过程。即周期性变化的（磁力线封闭的、并且具有涡旋结构的）磁场，会在其周围产生周期性变化的（电力线封闭的、并且具有涡旋结构的）电场；周期性变化的（电力线封闭的、并且具有涡旋结构的）电场，反过来又会在其周围激发周期性变化的（磁力线封闭的、并且具有涡旋结构的）磁场。……，这种周期性交替变化的涡旋磁场和涡旋电场由近及远、连续不断的相互激发过程，便形成了电磁波的传播。由此可见：与机械波截然不同，电磁波（或者光频电磁波即光波)的传播根本不需要借助于任何介质。这就是电磁波（光波）与机械波的一个根本区别。另外，电磁波与光波这两者之间的区别还表现在产生机理、发射方式、接收方法和辐射波段的不同等方面。二、几种特殊形式光波：1、同心光束：随着时间的推移、随着光在空间的传播，光波的波振面（即等相位面）也在不断地传播、并且其曲率半径的大小也在连续地变化。如果在光波传播的整个过程中，光波波振面的曲率中心始终固定不变，那么这样的光束就称为同心光。可见，同心光束实质上就是曲率中心始终固定不变的光束。同心光束例子：（1）.理想的、均匀的、球面光波；（2）.理想的、均匀的、柱面光波；（3）.理想的、均匀的、平行平面光波。2、非同心光束：如果在光波传播的整个过程中，光波波振面的曲率中心在空间并不固定而是连续变化的，那么这样的光束就称为非同心光束。由此可见，非同心光束实质上就是曲率中心在空间并不固定而是连续变化的一类光束。非同心光束例子：（1）.高斯激光束（高斯光束）（2）.高次曲球面光波（束）三、激光的基本概念：简单地讲，所谓激光就是受激辐射的相干光。严格地讲，所谓激光就是指由远离平衡态的、动态的、开放的、非平衡体系所发出的、高度有序的、具有高光子简并度的、受激辐射的相干光。四、高斯激光束基本特性：它的外轮廓是圆形双曲面（即旋转双曲面）或者椭圆形双曲面，它的曲率半径在正的无限大和负的无限大之间连续变化，它的曲率中心也在正的无限大和负的无限大之间连续变化（即曲率中心不固定，因而属于典型的非同心光束），在垂直于光传播轴线的平面内光的强度分布遵循高斯分布，并且其振幅分布也遵循高斯分布。五、光波时域频谱：dvevEvEFtEvti21)()]([)(六、光的相速度的概念：光波的等相位面的传播速度，简称为相速度七、光的群速度的概念：复色光波的等振幅面的传播速度，简称为群速度八、瑞利公式：由波数k=ω/v，vg可表示为：dkdvkvdkkvdvg)(由k=2π/λ，有dk=-(2π/λ2)dλ，可将上式变为：由v=c/n，有dv=-(c/n2)dn，上式还可表示为：由此可见：在折射率n随波长变化的色散介质中光波的相速度不等于群速度。九、光的偏振的概念：平面光波是横电磁波，其光矢量的振动方向与光波传播方向垂直。而在垂直传播方向的平面内，光振动方向相对光传播方向是不对称的，这种不对称性导致了光波性质随光振动方向的不同而发生变化。我们将这种光振动方向相对光传播方向不对称的性质，称为光波的偏振特性。其中：φ=φy-φx上式需学会讨论，线，圆偏振光均为椭圆偏振光特殊情况。十、反射折射的相位特性：折射光总是与入射光同相位，反射光：光波由光密介质射向光疏介质(n1＞n2)：反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同。光波由光疏介质射向光密介质(n1＜n2)：明反射光中的p分量相对入射光中的p分量有π相位突变。因此，在入射点处，入射光矢量Ei与反射光矢量Er方向近似相反，掠入射时的反射光在n1＜n2时，将产生半波损失。十一、全内反射：光由光密介质射向光疏介质(n1＞n2)时，产生全反射的临界角θC满足下述关系：ddvvvgddnnvvg12002020sincos2yyxxyyxxEEEEEEEE12sinnnC十二、布鲁斯特定理：当光以某一特定角度θ1=θB入射时，Rs和Rp相差最大，且Rp=0，在反射光中不存在p分量。此时，根据菲涅耳公式有θB+θ2=90°，即该入射角与相应的折射角互为余角。利用折射定律，可得该特定角度满足：该角θB称为布儒斯特(Brewster)角第二章：光的干涉一、光的干涉的概念：当两列或者多列光波在空间某处相遇时，如果在其重叠区域内能够产生相干叠加、光振动的振幅和光的强度在此重叠区域内能够形成空间周期性的稳定分布，其结果最终在观察屏上能够产生一系列明、暗相间的稳定图样，这样的现象称为光的干涉。二、相干光条件：1、必要条件：（1）.频率相等（2）.振动方向相同（或者相近）【理想情形是振动方向相同】（3）.位相差恒定（或者光程差固定）2、补充条件：（1）.光振动的振幅相差不能太悬殊；【理想情形是振幅相等】（2）.光程差相差不能太大。【理想情形是两列光波等光程】三、分波振面法概念：通过采用一定的技术手段（或者利用一定的光学元器件）,把从同一个光源所发出的、同一束光的同一个波振面分割（切割、剪切）成两部分或者多个部分，来获得相干光的一种方法，叫做分波振面法。四、分振幅法概念：从同一个光源所发出的、同一束光当中的同一条光线，当入射到透明光学介质薄膜的表面上时，利用透明光学介质薄膜的第一和第二表面对入射光的依次反射与折射，就可将入射光的振幅分解为两个或者多个部分，从而获得相干光，这种方法称为分（解）振幅法。五、（）双光束干涉理论，干涉条纹可见度。六、（）多光束干涉理论七、（）尖辟干涉基本理论及条纹分布特征：相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离，即条纹间距为：八、（）牛顿环干涉基本理论及条纹分布特征：在牛顿环中心(h=0)处，由于两反射光的光程差(计及“半波损失”)为Δ=λ/2，所以是一个暗点，而在透射光方向上可以看到一个强度互补的干涉图样，这时的牛顿环中心是一个亮点。12tannnBsin2nL22222)(hRhhRRr九、平凸透镜基本理论及条纹分布特征十、杨氏双缝干涉基本理论及条纹分布特征十一、光的时间空间相干性概念：十二、光源大小对条纹可见度影响：2.5-5、2.5-4光源复色性对条纹可见度影响：2.5-7、2.5-8第三章：光的衍射光的衍射的概念：光的衍射现象指的是光波在其传播过程中遇到障碍物时，所发生的偏离直线传播的现象。光的衍射，也叫做光的绕射。即光可绕过障碍物，传播到障碍物的几何阴影区域中，并在障碍物后的观察屏上呈现出光强的不均匀分布。通常将观察屏上所呈现出的不均匀光强分布称为光的衍射图样。远场衍射：当光源及被观察点在无限远或者相当于无限远处时，所产生的一类衍射现象，叫做远场衍射。远场衍射又叫做夫琅和费衍射。远场衍射的特点就在于，所用光波是理想的、均匀的平行平面光波，其波振面是理想的平行平面。近场衍射：当光源及被观察点均在有限远处时，所产生的一类衍射现象，叫做近场衍射。近场衍射又叫做菲涅耳衍射。近场衍射的特点是，所用光波不是平行平面光波，其波振面不是理想的平行平面。远场衍射单狭缝衍射光强分布公式：（3会）推倒证明略，但要求掌握，公式解释：？（）远场双狭缝衍射光强分布公式：（）光栅衍射光强分布公式光栅概念：凡是能使入射光的振幅或相位，或者两者同时产生周期性空间调制的光学元件。光栅方程物理意义：缺级物理意义：由于多缝衍射是干涉和衍射的共同效应，所以存在缺级现象。对于某一级干涉主极大的位置，如果恰有Sinα/α=0，即相应的衍射角θ同时满足：dsinθ=mλm=0,±1,±2,…asinθ=nλn=±1,±2,…或：光栅方程物理意义：隶属于各级衍射亮条纹（既隶属于中央第零级衍射主极大和各级衍射次极大）的、并且属于不同干涉级的、多光束干涉主极大（即多光束干涉亮条纹中最亮的20sinIInadm那些亮条纹）的方位（即方向或者位置）。光栅方程本质：多光束干涉现象中，有关干涉相长条件中的干涉主极大的条件再加上缺级条件。（3会）矩孔衍射光强分布公式：圆孔衍射：艾里斑面积：式中，S为圆孔面积瑞利判据：第四章：光在各向异性介质中传播特性张量：张量就是使一个矢量（或者标量）与另一个及多个其它矢量（或者张量）相关联的物理量。2阶张量：将1个矢量晶体光轴：光在各向异性的晶体中不产生双折射现象的方向n轴晶体：有n个光轴的晶体叫单轴晶体正单轴晶体：neno的晶体，称为正单轴晶体；neno时，称为负单轴晶体。正双轴晶体：对于β小于45°的晶体，叫正双轴晶体;β大于45°的晶体，叫负双轴晶体。β值由下式确定：双折射和双反射：一束单色光从空气入射到晶体表面(例如方解石晶体)上时，会产生两束同频率的折射光，这就是双折射现象；当一束单色光从晶体内部(例如方解石晶体)射向界面上时，会产生两束同频率的反射光，这就是双反射现象。o光概念：D矢量与E矢量平行，并且垂直于波法线k与光轴所确定的平面，折射率不依赖于k的方向，光线防线s与波法线方向重合的光波叫o光。e光概念：D矢量与E矢量共面但一般不平行，折射率随k矢量的方向改变，并且都在波法线k与光轴所确定的平面内，他们与光轴的夹角随k的方向改变，光线方向s与波法线方向不重合的光波叫e光起偏器概念：通常将能够产生线偏振光的元件叫做偏振器。检偏器概念：通常将能够检验线偏振光的元件叫做偏振器。波片概念：波片是一种对二垂直振动分量提供固定相位差的元件。220sinsin),(IyxISfS20)61.0(D22.102223212213tannnnnnn全波片：不改变光路的偏振状态的波片叫全波片。半波片：经波片后出射光仍为线偏振光，只是振动面的方位较入射光转过了2θ角的波片叫半波片。1/4波片：经波片后出射光将变为长、短半轴等于Ae、Ao的椭圆偏振光的波片叫1/4波片。λ波片：对于波长为λ的光波不改变光路的偏振状态的波片λ全波片。1/2λ波片：对于波长为λ的光波经波片后出射光仍为线偏振光，只是振动面的方位较入射光转过了2θ角的波片叫1/2λ波片。1/4λ波片：对于波长为λ的光波经波片后出射光将变为长、短半轴等于Ae、Ao的椭圆偏振光的波片叫1/4波片。晶体二向色性：就是有些晶体对传输光中两个相互垂直的振动分量具有选择吸收的性能马吕斯定律：垂直于入射波面的入射光线束，经过任意次的反射和折射后，出射光线束任然垂直于出射波面，并且在入射波面和出射波面间所有光路的光程都相等。第五章：晶体感应双折射现象电光效应概念：介质在足够强的外电场作用下，其光学性质发生改变（即折射率发生变化）的这一现象，叫做电光效应。线性电光效应概念：介质折射率改变量与外加电场的一次方成正比（即呈线性关系）。非线性电光效应概念：二次电光效应概念：介质折射率改变量与外加电场的二次方（即平方）成正比。三次电光效应概念：介质折射率改变量与外加电场的三次方（即平方）成正比。任意高次电光效应概念：介质折射率改变量与外加电场的任意高次方成正比。弹光效应概念：介质在足够大的外力作用下，其光学性质发生改变（即折射率发生变化）的这一现象，叫做弹光效应。声光效应概念：介质在受到声波场（例如，超声波）作用时其光学性质发生变化的现象叫声光效应。磁光效应概念：介质在强磁场作用下产生旋光现象的效应叫磁光效应（法拉第效应）。第六章：光的吸收色散散射光的吸收定律：1、朗博定律：I=I0e-KldlKIdI4KleII40求解可得：2、比尔定律：光的色散：1、概念：介