物理光学

《物理光学》学习要求

第十一章光的电磁理论基础——

1、电磁波（光波）的基本方程及：（1）平面谐波的复振幅分布式（11-30）

（掌握）（2）球面谐波的复振幅分布式（11-37）（11-38）

2、光在电介质分界面上的反射和折射：

（1）反射定律（11-53）式（掌握）

垂直入射

（2）折射定律（11-54）式（掌握）

（3）s波的菲涅耳公式（11-59a，b）式（理解）（11-65a，b）（4）p波的菲涅耳公式（11-63a，b）式（理解）（11-65c，d）（5）反射比和透射比关系（11-73）（掌握）；

（6）自然光的反射比（11-76）（掌握）；

（7）布儒斯特定律（11-77）（掌握）；

（8）全反射的临界角（11-79）（掌握）；

说明：若为非垂直入射，则要用（11-70）（11-72）式求τs,τp ,如11-7题

3、光在金属表面的反射和折射：几个特点——

（1）金属的良导体性质，（2）高反射比和非透明性，即非光学性质。（了解）4、光的吸收、色散和散射：

（1）物质对光吸收的一般规律和学生的波长选择性；（了解）

（2）色散的概念（掌握），分类、理论解释（理解）

（3）散射现象和分类。（了解）

5、波的叠加：

（1）叠加原理（11-120）式（理解）

（2）两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加（11-121、122、123、124、125、126）式→光程差、相位差、干涉的概念（11-127～129）式（掌握）

（3）驻波方程（11-130）式→波节、波腹的概念、位置、间距→光驻波的应用（理解）

（4）两个频率相同、振动方向互相垂直的单色光波的叠加（11-134）式，轨迹方程（11-135）式——椭圆（偏振光）（11-138）式→线偏振光（11-136、137）式，圆偏振光（11-139）式（理解）

（5）两个频率不同、振动方向相同、振幅相同的单色光波的叠加

→光学拍→相速度、群速度概念（相速度是单色光波所特有的一种速度）（了解）

第十二章光的干涉和干涉系统——

1、光波干涉的条件（三个必要条件，掌握，了解其充分条件）

2、干涉条纹的强度分布：（12-8）

或（12-9）（掌握）

杨氏干涉明暗纹条件：（m = 0，±1，±2，±3，…）（12-12）

（m = 0，±1，±2，±3，…）（12-13）

强度分布（12-11）

条纹间距：（12-14、15）

——会聚角（理解）

3、干涉条纹的可见度定义：（12-16）（掌握）

——表征了干涉场中某处条纹亮暗反差的程度。

影响干涉条纹可见度的主要因素是两相干光束的振幅比、光源的大小和光源的非单色性。

振幅比的影响（理解）

空间相干性（理解）：扩展光源时干涉条纹的可见度（12-23）

光源临界宽度，此时K＝0

此类干涉系统的不变量：（12-25）

时间相干性（理解）：相干长度（12-28）

相干时间即ΔνΔt =1 （12-30）

条纹的可见度（12-27）（了解）

4、双光束干涉的光程差：（12-33）（12-38）（掌握，能熟练地从光程差出发分析、解决干涉问题，12-1～4）

5、典型的双光束干涉系统及其应用（通过实验理解本节内容）

6、平行平板的多光束干涉及其应用

（1）干涉场的强度分布（12-49）

（12-51）

其中（为相邻两支光的光程差引起的相位差）（12-45）（掌握）

（12-50）——精细度系数，也称锐度系数。（理解）

（2）干涉条纹锐度和精细度的概念（理解）

（3）F-P标准具的工作原理：多光束干涉

自由光谱区：（12-59）（掌握）

分辨本领：（12-64）

式中，m——干涉级次，s——精细度。

若定义N＝0.97s——称有效光束数，则（12-65）（掌握）

波长差非常小的两条光谱线的波长差（掌握）

多光束干涉的特点（掌握）

（4）光学薄膜——单层膜的增透、增反原理（掌握），双层膜和多层膜的基本性质（理解）

第十三章光的衍射——

1、菲涅耳近似和夫琅和费近似

2、几种典型孔径的夫琅和费衍射——

（1）光强分布公式：①矩孔（掌握）（13-22）

②单缝（掌握）（13-29）

③圆孔（理解）（13-33）

对①、②两种情况掌握式中各量（α、β、I0）的物理意义

（2）中央亮斑的角半宽度（掌握）

①矩孔，（13-27）

（由边缘条件：，得出）

②单缝（13-31）（这也是各级条纹的角宽度）

③圆孔（13-35）

（3）中央亮纹的半宽尺寸（掌握）（会用于计算，如12－2、5、15等题）

①矩孔 , (13-28)

②单缝

③圆孔（13-34）

3、夫琅和费衍射图样的特点（P 351～2）（掌握）

（1）衍射现象扩散程度与孔径大小成反比

（物函数的尺寸缩小，则频谱函数的尺寸放大，但频谱函数的形式不变→对光的限制越严重，衍射现象越显著；反之）。

（2）孔径（衍射屏）在自身平面内平移不改变衍射图样的位置和形状

（孔径或衍射屏在空域面上平移，不影响频谱面上的光场的振幅分布，只是其相位有一线性变化，频谱面上的强度分布不变。）

（3）倾斜平面波照明孔径，使衍射图样产生平移

（空域中的线性相移，引起了频域中频谱分布的横向位移。）

（4）互补屏的夫琅和费衍射

——两个衍射屏，一个的通光部分正好对应另一个的不透明部分——互补屏。除中心点外，互补屏夫琅和费衍射图样的强度分布相同。

4、（掌握）多缝夫琅和费衍射（光栅衍射）

（1）强度分布（13-57）

——各量的意义为

——P0点的光强；——单缝衍射因子，与单缝本身性质有关；

——多光束干涉因子，与单缝本身性质无关，只与狭缝的周期性排列有关。

如，当N＝2时，为双缝衍射，其

——多缝（光栅）衍射的实质：单缝衍射和多缝干涉的总结果。

（2）（掌握）正入射时的光栅方程（13-58）

（掌握）斜入射时的光栅方程（13-62）

——这也就是主极大的光程差要满足的条件。（13-13、15、16题）

（3）（掌握）相邻两个零值之间的角距离即谱线角宽度：（13-60）

（4）（掌握）条纹的缺级条件（13-61）（会应用于解题，如13-13、14、16题）

（5）（掌握）光栅的分光性能：角色散（13-63）

线色散（13-64）（13-15题）

色分辨本领（13-65）（13-66）

自由光谱区（13-67）（会应用于解题，如13-16、20）

（6）（掌握）闪耀光栅——光栅方程（13– 77）

（闪耀角：闪耀光栅的刻槽面与光栅面之间的夹角；

闪耀波长：（13-78）指一级闪耀波长

特点：λB其它级次的光谱都几乎和单个刻槽面衍射的极小位置重合，致使这些级次的光谱强度很小，80%以上能量集中在1级光谱上）

（7）（了解）振幅型正弦光栅——振幅透射系数：（13-68）

衍射光强分布：（13-75）

衍射光强分布的特点：只有0，±1三级谱线。0级不反映物体的任何结构，只有±1级才反映了物体的基本结构。

5、菲涅耳衍射——菲涅耳波带法→菲涅耳波带

（1）波带的半径： (13– 100）（懂得式中各量意义，会用）

（2）（掌握）轴上点P0处的复振幅（13 – 103）（n为奇数取”+”…）

→当圆孔非常大或无屏时，→0（r n和θ增大所致），则式（13-103）变成

13-104）——第一波带复振幅的一半，——第一波带强度的四分之一

——n很大时，圆孔的大小不再影响P0点的光强。（13-28、29、32题）

（3）（掌握）菲涅耳波带片（透镜）——挡住奇数或偶数波带的特殊光阑，有聚光作用，类似透镜。对应于距离为z1的P0点设计波带片，若用单色平面波垂直照明，则P0得一亮点——焦点→焦距：（13-105）→物像关系：（13-107）（13-31题）

（4）（理解）泰伯效应——泰伯自成像：不用透镜可对周期物体成像的方法→泰伯距

离：

第十四章傅里叶光学——

1、（掌握）空间频率的概念及其物理意义（u,v是描述波场中x,y平面上复振幅的一种周期分布的特征量）、数学表示（、）、作用（用来描述波场中x,y平面上复振幅或光强的周期分布）（14－1、

2、3）

2、（掌握）透镜的两项性质（傅里叶变换性质和成像性质）及其具有这些性质的根本原因（透镜的相位调制作用）

3、（理解）相干成像系统及相干成像系统的CTF定义：（14-21b）

（掌握）圆形出瞳的CTF表达式：（14-28）

（掌握）物理意义：在频率域中描述系统的成像特性。

（掌握）截止频率：（14-29）

4、（理解）非相干成像系统及其OTF定义：（14-35b）

（理解）圆形出瞳OTF表达式：

（掌握）物理意义：在频率域中描述系统的成像特性。

（掌握）衍射受限系统的OTF的几何意义：

（掌握）截止频率：

6、（掌握）阿贝二次成像理论→频谱的概念——（对显微镜成像的解释）相干照明的显微镜成像中，第一次夫琅和费衍射（从物面到显微镜的后焦面）是物体的复振幅分布被分解而得到其空间频谱；第二次夫琅和费衍射（从后焦面到像面）是频谱中所有傅里叶频谱分量在像面叠加而综合成像的复振幅分布。→成像过程的这一分解和综合，使人们可以通过物理手段在频谱面上改变物体频谱的组成或分布来达到处理和改造图像的目的→空间滤波的概念→匹配滤波器【对复振幅分布为的物，设其频谱为，则匹配滤波器的振幅透射系数为何？】

7、（掌握）光学信息处理（有几种方法）——

（1）相干光学信息处理：激光输出，相位物体观察（泽尼克相衬法），图像识别

（2）非相干光学处理：非相干光学相干器

（3）白光信息处理：等密度假彩色编码

8、全息术——（掌握）基本原理（干涉记录，衍射重现）、特点、应用，了解发展概况。

第十五章光的偏振和晶体光学基础——

1、相关概念，（掌握）如：自然光，偏振光，线偏振光、圆偏振光，椭圆偏振光，偏振度，二向色性，消光比，各向异性，晶体的双折射，寻常光，非常光，晶体的光轴、主平面、主截面，波片，相位延迟，快（慢）轴；（了解）介电张量，离散角，

2、（掌握）马吕斯定律：I=I0cos2α，能熟练应用于解决问题

3、（掌握）产生偏振光的方法有几种

4、（理解）惠更斯作图法求取光线方向的原理

5、（掌握）晶体偏振器的种类，（理解）各类器件产生偏振光的机理，并了解其用途

6、（掌握）偏振光的琼斯矢量表示（如：线性偏振器的琼斯矩阵，波片的琼斯矩阵），会求给定光矢量方向的偏振光的琼斯矢量

7、通过实验（掌握）偏振光的检测方法

8、了解偏振光的干涉及其应用

9、了解磁光、电光和声光效应现象及其应用

说明——

1. 本课程所用教材为郁道银、谈恒英主编“工程光学”下篇，由于教材中无例题，故建议同学们做好相关内容的笔记。

2. 例题、作业题和参考题解将发至公共邮箱：gdoudkwg@https://www.sodocs.net/doc/091800107.html,

3. 按照授课计划和课程学习要求，认真学好每一章节的内容，学习需脚踏实地、掌握知识，而不是仅为考试。

4. 从课程开始到考试前遇问题可致电：152********，考试后请莫打电话和发信息。谢谢！