物理光学期末论文

《物理光学》课程论文

题目：关于法布里-珀罗干涉仪的探究学院：

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关键词：法布里-珀罗干涉仪；光学；谐振；

摘要：随着激光技术的发展，光的干涉技术被应用在许多领域。在这些应用中，能够产生良好的多光束干涉效果的法布里-珀罗干涉仪更是被广泛应用于例如激光器谐振腔、精细距离的测定、信号的检测分析，计算气体折射率等。这些应用基本体现了法布里—珀罗干涉仪两个方面的优势，一个是干涉仪中两个平板间的多光束干涉，一个是光束透射出两个平板后的多光束干涉。

一．法布里-珀罗干涉仪的原理

光学中，法布里－珀罗干涉仪是一种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪，其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率。法布里－珀罗干涉仪也经常称作法布里－珀罗谐振腔，并且当两块玻璃板间用固定长度的空心间隔物来间隔固定时，它也被称作法布里－珀罗标准具或直接简称为标准具，但这些术语在使用时并不严格区分。这一干涉仪的特性为，当入射光的频率满足其共振条件时，其透射频谱会出现很高的峰值，对应着很高的透射率。法布里－珀罗干涉仪这一名称来自法国物理学家夏尔·法布里和阿尔弗雷德·珀罗。

对于法布里－珀罗标准具而言，其透射率随波长的显著变化是由于两块反射板之间多重反射光的干涉。当透射光为同相时它们有相长干涉，对应着标准具透射率的峰值；而当透射光反相时则对应着透射率的极小值。多重反射光彼此是否同相，取决于入射光的频率、光线在标准具内传播的折射角、标准具的厚度及其所用材料的折射率。

图 1.1法布里-珀罗干涉仪简图

法布里－珀罗标准具中，两束相邻的反射光之间的光程差，在不考虑相移时的相位差为：

若两个表面的反射比都为，则标准具的透射率函数由下式给出

其中：

。

当相邻两束光之间的光程差为波长的整数倍时，透射率函数有最大值1。在介质无吸光的情形下，标准具的反射率满足：

当，

也就是光程差为波长的半奇数倍时透射率函数有最小值，此时对应着反射率的最大值

在透射率函数上，两个相邻的透射峰值之间的波长间隔被称作标准具的自由光谱范围（FSR），它由下式给出：

其中是最近峰值的中心波长。

用自由光谱范围除以透射率函数在峰值高度一半时的透射峰宽度（半高宽），得到的值称作细度：

.

对于较高的反射比（），细度通常可近似为：

从这个公式可知反射比越高时标准具的细度越高，对应其透射峰越锐利。此外标准具的品质因数等于谐振频率和半高宽的比值，因此细度也正比于品质

因数，这意味着细度代表了谐振腔的耗散，细度越高说明谐振腔的耗散越低。

图 1.2 法布里-珀罗标准具

二．法布里-珀罗干涉仪的应用

2.1法布里－珀罗干涉仪最常见的应用之一是二项色性滤镜，它是利用物理气相沉积（PVD）方法将一组标准具薄膜镀在光学器件表面。相比于吸收滤镜，这种光学滤镜往往具有更精确的反射和透射频带，特别是当设计恰当时，它们不会像吸收滤镜那样容易造成升温，因为它们可以反射掉那些不必要的波长的色光。二项色性滤镜被广泛应用在光源、相机及天文器材等光学仪器中。

2.2在使用波分复用技术的通信网络中，塞取多工机包含了成排的由熔凝石

英或金刚石制成的微型标准具。这些标准具边长约为2毫米，嵌入到高精度的微型框架中并发出彩虹色的光泽。这类材料能够保持两个反射镜之间距离的高度稳定性，从而使标准具的谐振频率在环境温度变化时也保持高度稳定。金刚石的优越性在于，它具有更好的导热性而仍拥有较低的热膨胀系数。2005年起，有些通信仪器公司开始采用光纤本身作为固态标准具，这种设计的好处是减少了大部分嵌入、准直和冷却带来的困难。

2.3光学波长计通常可由多至五台法布里－珀罗干涉仪的组合来构成，这些干涉仪的共振频率两两具有10倍的间隔。待测光束被一面圆柱透镜发散后，它在这些法布里－珀罗干涉仪中发生各自的干涉，所产生的亮纹的间距则被一台CCD相机所记录，由此可以确定入射光的波长。

2.4当激光谐振腔采用平行平面腔的结构时，它可认为是一种法布里－珀罗干涉仪，虽然对于很多激光器而言，其中一面反射镜的反射比可非常接近100%，从而这种谐振腔更像是一种Gires–Tournois干涉仪。半导体激光器有时会采用法布里－珀罗干涉仪的几何结构。

2.5法布里－珀罗标准具可用来产生单模激光。在没有标准具的情况下，激光器产生的激光频谱会出现展宽，从而使谐振腔内的激光产生多种模式。使用标准具后，在细度及自由光谱范围都适当的情形下可以抑制其他模式的产生，使谐振腔内的激光工作在单模情形下。

2.6在光谱学中法布里－珀罗标准具可以使光谱仪的分辨本领得到显著提升，从而可以分辨出波长差极细微的光谱线，例如塞曼效应。

2.7在天文学中法布里－珀罗标准具可以用来作为一种窄频滤镜，从原子跃迁的多条谱线中过滤出所需的谱线并使之成像，最常见的例子是太阳的H-α线以及Ca-K线。

2.8在引力波探测中，采用法布里－珀罗谐振腔可以用来在毫秒量级的时间上储存光子，使其在谐振腔的反射镜之间反复振荡。这种做法增加了引力波探测器的干涉臂的有效长度，从而提高了引力波探测器的灵敏度。这种原理被广泛应用在引力波探测器如LIGO和VIRGO上，它们的构造都是带有法布里－珀罗谐振腔的等臂迈克耳孙干涉仪，干涉臂长度在几千米的量级。同时这些探测器还采用了小型的谐振腔，这些谐振腔通常被称作模式过滤器，它们可用于参与主激光的频率稳定工作。

三．法布里-珀罗干涉仪的发展

1897年, 法国科学家c. 法布里和A . 拍罗发明了具有实用价值的多光束干涉仪, 通常称为法布里-珀罗干涉仪)。由于这种干涉仪所产生的干涉条纹非常细锐, 因此它一直是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具;它还是激光共振腔的基本构型;其干涉理论也是研究干涉滤片的基础, 在光学中一直起着重要作用。但是, 作为精密光学仪器,它的结构复杂、体积庞大、对制造工艺要求高。进入20 世纪80年代, 随着硅、微机械加工技术的进展,人们开始采用这种工艺制造FPI , 并用它作为传感器来检测诸如压力、应力、位移等许多物理参量。这种传感器按加工工艺可分为表面加工、体加工和二者兼有几类; 按传感器的被测参数可分为压力、应力、位移、温度、加速度等几类。

四．小结

经过资料的查询和自己的整理，我对法布里-珀罗干涉仪的原理，发展，应用有了一定的了解，发现了它的一些优越性。比如：

1.通过改造标准具的涂层设计，减小散射和吸收造成的光损失，它可以使反射率达到百分之99.99到百分之99.995.

2.它所产生的多光束干涉条纹十分清晰，具有很高的分辨本领。

3.它的结构简单精巧，价格低廉，能被广泛使用。

在写论文的过程中，我获得了许多专业性的知识，也算提前预习了一下即将在课内讲到的内容。在接下来的学习中，借助老师的讲解与书本的参考，我应该会对法布里-珀罗干涉仪有更深一步的了解。

五．参考文献

[1]近代干涉仪，周雄豪译，上海科技出版社

[2]光电子技术及应用，石顺祥，北京科学出版社

[3]光学教程，姚启钧，高等教育出版社

中北大学物理光学期末考试计算题

本复习资料专门针对中北大学五院《物理光学与应用光学》石顺祥版教材，共有选择、填空、简答、证明、计算五个部分组成，经验证命中率很高，80分左右，不过要注意，证明题可能变成计算题，填空题变成选择题。 1-1： 8 610) (2)y t E i e++? =-+ 方程：y= y+= 方向向量：一个可以表示直线斜率的向量，这个向量就是方向向量。 Ax+By+C=0：若A、B不全为零，其方向向量：（- B，A）。 8 610) (2)y t E i e++? =-+ ) ( r k E E?- - =t i eω) ( r k E E?- =t i eω) ( r k E E?+ - =t i eω) ( r k E E?+ =t i eω 1-3 试确定下列各组光波表达式所代表的偏振态及取向 ①E x=E0sin(ωt-kz), E y= E0cos(ωt-kz) ②E x= E0cos(ωt-kz), E y= E0cos(ωt-kz+π/4) ③E x= E0sin(ωt-kz), E y=-E0sin(ωt-kz) E x=E0sin(ωt-kz), E y= E0cos(ωt-kz) 相位差π/2，E x=E y，圆。讨论xy平面的偏振情况 t=0时：合成矢量？ t=T/4时：合成矢量？ 右圆 E x= E0cos(ωt-kz), E y= E0cos(ωt-kz+π/4) 相位差π/4，椭圆。 t=0时：合成矢量？ t=T/4时：合成矢量？ 右椭圆，长半轴方向45o 见p25页。

E x = E 0sin(ωt -kz ), E y =-E 0sin(ωt -kz ) 相位差0，直线。y =-x 方向向量：（-1，1） 1-4：两光波的振动方向相同，它们的合成光矢量为： 1268+=10[cos cos()] 10102 10[cos(53.13)cos sin(53.13)sin ]10cos(53.13)t t t t t π ωωωωω+-=?+?=?-E E 1-5：+=cos()cos()4x y iA kz t jA kz t π ωω-+--E =E E ;因此有： =,4 y x π ???=-- =, =ox oy E A A E , tan 1,α= 得到： tan 2tan(2)cos ,,4 π ψα?ψ== sin 2sin(2)sin ,,8 π χα?χ==- 222tan()0.4142,2,8b a b A a π-=-≈-+= 得到： 2220.17162, 1.31,0.5412a a A a A b A +===。 1-8：（2）解：g dv v v k dk =+，g dv dv d dv v dk d dk d ωωω==，g g dv dv v v k v kv dk d ω =+=+ g g dv v kv v d ω-=，11g v v v dv dv k d v d ωωω == -- ，v =，3 2()()2r r r r c dv d εμεμ-=- 2 2() /[1]()()211[1]22r r r r g r r r r r r r r r r r r c d v v c v v dv d d d v v d d d εμεμωωεμεμωωεμεμωωεμωεμω ====+-++ 1-11 一左旋圆偏振光，以50o角入射到空气-玻璃分界面上，见下图，试求反射光和透射光的偏振态

光学论文

光学设计性试验《光盘性质的研究》 学院：物理学院 专业：物理学 指导老师：李金环

姓名：陈哲 学号：1221410007

光盘性质的研究

【摘要】CD光盘上的信息是通过压制在光盘上的细小坑点来贮存的,并由这些不同时间长度的细小坑点和坑点之间的平台组成了由里向外分布的螺旋光道.当激光光斑扫描这些坑点组成的光道时,就读出了存储的信息。光盘盘片光道间距为0.74μm,.并且其最小记录点长度为0.4μm,如此小的光道间隔密度和光栅的光栅常量的数量级相当，因此光盘在激光的照射下会像反射光栅一样发生光栅衍射现象。当我们把衍射光斑记录在光屏上，我们就可以根据光的衍射计算出光栅常量b,从而可以计算出光盘的周期。 【关键词】光道反射光栅衍射现像光盘周期光盘厚度 【实验目的】 （一）了解光盘CD，VCD，DVD的构成及光学性质； （二）学会解释出现的光学现象； 【实验要求】 （一）设计实验方案，推导出实验的原理和公式，画出光路图； （二）使用多种方法进行测量； （三）光盘的刻线走向及刻线密度。 【实验仪器】 激光器，废旧光盘三个、没有刻录过的光盘三个、自己制作的可以记录具体位置的光屏一个，光聚座一个，分光计一个。 【实验原理】 1光盘的结构

光盘的物理构造：CD光盘上记录的信息最小单元是比特（bit）。在聚碳酸脂材料上用凹痕和凸痕的形式记录二进制“0”和“1”，然后覆上一层薄铝反射层，最后再覆上一层透明胶膜保护层，并在保护层的一面印上标记。我们通常称光盘的两面分别为数据面和标记面。目前通常用的光盘直径为12cm，厚度约为1mm，中心孔直径为15mm，重约14--18g。光盘由透明塑料PCC聚碳酸酷基片做成，由衬底层、反射层及保护层和最上面的商标层组成。光盘的信息是通过激光反射原理从信息面通过透明塑料来读取的。 图1 光盘的基本结构 在反射层中有四凸坑来表示的信息，当激光头的激光束照射这些凹凸坑时，产生强弱不同的反射光，再将这些反射光变为大小不同的电流，经解码电路还原成信号。光盘的信息坑长为0.9-3.2μm，信息坑宽为0.5μm，信息坑深为0.11μm，信息纹迹间距为1.6μm。 2.光盘的读取原理 光盘的原理是：光盘能以二进制数据(由“0”和“1”组成的数据模式)的形式存储文件和音乐信息。要在光盘上存储数据，首先必须借助电脑将数据转换成二进制，

2010年物理光学期末考试总结

线偏振光的方位角：线偏振光的振动面与入射面间的夹角称为线偏振光的方位角。 相干时间：⑴光源发出的一个光波列所用的平均时间⑵指光源发出的光波列被一分为二再合二为一时能产生干涉的最大时间差（答对1，2个中的一个即可）(2分)⑶相干时间越大，单色性越好。(1分) 相干长度：⑴指光源发出的光波列的平均长度⑵光源发出的光波列被一分为二，再合二为一时能产生干涉的最大光称差（答对1，2中的一个即可）(2分)⑶是光源单色性的标志(1分)惠更斯——菲涅耳原理：任一时刻，波前上的每一点都可看成是新的子波波源，下一时刻的波前就是这些子波的公切面（包络面）。(1分)后来，菲涅耳考虑到惠更斯原理中诸子波既然来自同一波前，它们必定是相干的，因此求出诸子波的干涉效应，也就得出新波前的强度分布了，所以一般把惠更斯原理加干涉原理称为惠更斯——菲涅耳原理。(1分) 夫朗和菲衍射：当光源和衍射物之间的距离和衍射物与观察屏之间距离二者均为无限远时的衍射称为菲涅耳衍射。 菲涅耳衍射：当光源和衍射物之间的距离和衍射物与观察屏之间距离二者至少有一个是有限的衍射称为菲涅耳衍射。（没答至少扣一分） 晶体的磁光效应：媒质因磁场而引起的折射率变化，称为磁光效应。 晶体的电光效应：媒质因电场而引起的折射率变化，称为电光效应。 半波损失：在小角度入射(1分)或掠入射(1分)两种情况下，光波由折射率小的媒质（光疏媒质）进入折射率大的媒质（光密媒质）时，反射光和入射光的振动方向相反，这种现象通常称为“半波损失”。(1分) 寻常光：E o∥D o，l so∥l ko (1分)；即折射率与l k方向无关，与各向同性媒质中光传播情况一样(2分)，故称为“寻常光” 非寻常光：一般情况下E e不平行于D e(1分)，l ke不平行于l se(1分)，折射率随l k的方向改变，与各方向同性媒质中光传播情况不同，故称为“非寻常光”。(1分) 等厚干涉：各相干光均以同样的角度入射于薄膜(1分)，入射角θo不变(1分)，改变膜厚度，这时每个干涉条纹对应的是同一个厚度的光干涉的结果。(1分) 等倾干涉：指薄膜（一般板的厚度很小时，均称为薄膜）厚度处处相同(1分)，两光束以各种角度入射时产生的一组干涉条纹(2分)。 干涉条纹的半宽度：在透射光的情况下，半宽度是指透射光强度下降到其峰值的一半时所对应的位相变化量 圆偏振光：电矢量E的端点所描述的轨迹是一个圆(1分)：即在任一时刻，沿波传播方向上，空间各点E矢量末端在x,y平面上的投影是一个圆；(1分)或在空间任一点E的端点在相继各时刻的轨迹是一个圆，这种电磁波在光学上称为圆偏振光。(1分) 线偏振光：电矢量E的方向永远保持不变(1分)，即在任一时刻，沿波传播方向上，空间各点E矢量末端在x,y平面上的投影是一直线(1分)；或在空间任一点E的端点在相继各时刻的轨迹是一直线，这种电磁波在光学上称为线偏振光。(1分) 光轴：当光在晶体中沿某方向传播时不发生双折射，晶体内这种特殊方向称之为光轴。 补偿器：改变偏振态的器件叫补偿器。

物理光学秋季期末考试题及答案

一、填空题（每小题3分，总共24分） 1.玻璃的折射率为n＝1.5，光从空气射向玻璃时的布儒斯特角为_________；光 从玻璃射向空气时的布儒斯特角为_________。 2. 在双缝杨氏干涉实验中，两缝分别被折射率为n1和n2的透明薄膜遮盖，二者 的厚度均为e。波长为λ的平行单色光垂直照射到双缝上，在屏中央处，两束相 干光的相位差为_________。 3. 如图所示，左图是干涉法检查平面示意图，右图是得到的干涉图样，则干涉 图中条纹弯曲处的凹凸情况是_________。 4. 在光栅光谱中，假如所有偶数级次的主极大都恰好在每缝衍射的暗纹方向上， 因而实际上不出现（即缺级），那么此光栅每个透光缝宽度a和相邻两缝间不透光 部分宽度b的关系为_________。 5. 波长为λ=600nm的单色光垂直入射于光栅常数d=1.8×10-4 cm的平面衍射光 栅上，可能观察到的光谱线的最大级次为_________。 6.在双折射晶体内部，频率相同而光矢量的振动方向不同的线偏振光。①沿光轴 传播时，它们的传播速度是_______的；②沿垂直光轴传播时，它们的传播速度 是_______的。 7.对于观察屏轴上P0点，设光阑包含10个波带，让奇数波带通光，而偶数波带 不通光，则P0点的光强约为光阑不存在时的_________倍。 8. 光栅方程的普遍形式为________________。 二、简答题（每小题6分，总共36分） 1. 何谓复色波的群速度?何谓复色波的相速度?什么介质中复色波的群速度大于其相速度?什么介质中复色波的群速小于其相速度? 2.简述光波的相干条件。

3. 汽车两前灯相距1.2m ，设灯光波长为 λ=600nm ，人眼瞳孔直径为D =5mm 。试问：对迎面而来的汽车，离多远能分辨出两盏亮灯？ 4. 一束线偏振光垂直于晶面射入负单轴晶体后，分解成o 光和e 光，传播速度快的是o 光还是e 光？为什么？ 5. 简述法拉第效应及其不可逆性。 6. 用散射理论解释蓝天的形成缘故。 三、透镜表面通常覆盖一层氟化镁（MgF 2）（n =1.38）透明薄膜，为的是利用干涉来降低玻璃（n =1.50）表面的反射，使波长为λ＝632.8nm 的激光毫不反射地透过。试问：覆盖层氟化镁至少需要多厚？（10分） 玻璃 MgF 2 入射光

物理光学期末考试总结

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线偏振光的方位角：线偏振光的振动面与入射面间的夹角称为线偏振光的方位角。 相干时间：⑴光源发出的一个光波列所用的平均时间⑵指光源发出的光波列被一分为二再合二为一时能产生干涉的最大时间差<答对1，2个中的一个即可）(2分>⑶相干时间越大，单色性越好。(1分> 相干长度：⑴指光源发出的光波列的平均长度⑵光源发出的光波列被一分为二，再合二为一时能产生干涉的最大光称差<答对1，2中的一个即可）(2分>⑶是光源单色性的标志(1分>b5E2RGbCAP 惠更斯——菲涅耳原理：任一时刻，波前上的每一点都可看成是新的子波波源，下一时刻的波前就是这些子波的公切面<包络面）。(1分>后来，菲涅耳考虑到惠更斯原理中诸子波既然来自同一波前，它们必定是相干的，因此求出诸子波的干涉效应，也就得出新波前的强度分布了，所以一般把惠更斯原理加干涉原理称为惠更斯——菲涅耳原理。(1分>p1EanqFDPw 夫朗和菲衍射：当光源和衍射物之间的距离和衍射物与观察屏之间距离二者均为无限远时的衍射称为菲涅耳衍射。 菲涅耳衍射：当光源和衍射物之间的距离和衍射物与观察屏之间距 离二者至少有一个是有限的衍射称为菲涅耳衍射。< 没答至少扣一分）DXDiTa9E3d 晶体的磁光效应：媒质因磁场而引起的折射率变化，称为磁光效应。

晶体的电光效应：媒质因电场而引起的折射率变化，称为电光效应。 半波损失：在小角度入射(1分>或掠入射(1分>两种情况下，光波由折射率小的媒质<光疏媒质）进入折射率大的媒质<光密媒质）时，反射光和入射光的振动方向相反，这种现象通常称为“半波损失”。(1分>RTCrpUDGiT 寻常光：Eo∥Do ，lso∥lko (1分>；即折射率与lk方向无关，与各向同性媒质中光传播情况一样(2分>，故称为“寻常 光”5PCzVD7HxA 非寻常光：一般情况下Ee不平行于 De(1分>，lke不平行于lse(1分>，折射率随lk的方向改变，与各方向同性媒质中光传播情况不同，故称为“非寻常光”。(1分>jLBHrnAILg 等厚干涉：各相干光均以同样的角度入射于薄膜(1分>，入射角θo 不变(1分>，改变膜厚度，这时每个干涉条纹对应的是同一个厚度的光干涉的结果。(1分>xHAQX74J0X 等倾干涉：指薄膜<一般板的厚度很小时，均称为薄膜）厚度处处相同(1分>，两光束以各种角度入射时产生的一组干涉条纹(2分>。LDAYtRyKfE 干涉条纹的半宽度：在透射光的情况下，半宽度是指透射光强度下降到其峰值的一半时所对应的位相变化量 圆偏振光：电矢量E的端点所描述的轨迹是一个圆(1分>：即在任一时刻，沿波传播方向上，空间各点E矢量末端在x,y平面上的投

大学物理--光学期末试卷答案

1 单选(2分) 在双缝干涉实验中，用单色自然光在屏上形成干涉条纹。若在两缝后放一个偏振片，则得分/总分 ? A. 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度减弱 ? B. 无干涉条纹 ? C. 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度加强 ? D. 干涉条纹的间距变窄，且明纹的亮度减弱 正确答案：A你没选择任何选项 2 单选(2分) 得分/总分 ? A.

? B. ? C. ? D. 正确答案：A你没选择任何选项 3 单选(2分) 用单色光做杨氏双缝实验，如现将折射率n=1.5的薄透明玻璃片盖在下侧缝上，此时中央明纹的位置将： 得分/总分 ? A. 向上平移，且间距改变 ? B. 向上平移，且条纹间距不变 ? C. 不移动，但条纹间距改变 ? D. 向下平移，且条纹间距不变 正确答案：D你没选择任何选项

4 单选(2分) 关于普通光源，下列说法中正确的是： 得分/总分 ? A. 普通光源同一点发出的光是相干光 ? B. 利用普通光源可以获得相干光 ? C. 两个独立的普通光源如果频率相同，也可构成相干光源。 ? D. 两个独立的普通光源发出的光是相干光 正确答案：B你没选择任何选项 5 单选(2分) 得分/总分 ? A.

? B. ? C. ? D. 正确答案：A你没选择任何选项 6 单选(2分) 得分/总分 ? A. ? B. ? C. ? D.

正确答案：C你没选择任何选项 7 单选(2分) 严格地说，空气的折射率大于1，因此在牛顿环实验中，若将玻璃夹层中的空气逐渐抽去时，干涉圆环的半径将： 得分/总分 ? A. 不变 ? B. 变大 ? C. 消失 ? D. 变小 正确答案：B你没选择任何选项 8 单选(2分) 有两个几何形状完全相同的劈尖：一个由空气中的玻璃形成，一个由玻璃中的空气形成。 当用相同的单色光分别垂直照射它们时，从入射光方向观察到干涉条纹间距 得分/总分 ? A. 两劈尖干涉条纹间距相同 ? B. 玻璃劈尖干涉条纹间距较大 ?

光学论文

理学院电子科学与技术120131326 刘玉光 浅谈光学概论 【简介】光学已成为为现代科研的重要内容，传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。光学将成为今后光学工程学科的重要发展方向。 【英文译文】Optical has become the important contents for the modern scientific research, the traditional optical only research visible light, and modern optical already expanded to whole wavelength electromagnetic wave of research. Light is an electromagnetic wave, in physics, electromagnetic wave by electrodynamics of maxwell's equations describing, At the same time, the light has wave-particle duality, need to use the quantum mechanics expression. Optical will become future optical engineering discipline of important development direction. 【关键词】光学、现代科技、应用、研究、历史、前景 【正文】 一、光学简介 在早期，主要是基于几何光学和波动光学拓宽人的视觉能力，建立了以望远镜、显微镜、照相机、光谱仪和干涉仪等为典型产品的光学仪器工业。这些技术和工业至今仍然发挥着重要作用。本世纪中叶，产生了全息术和以傅里叶光学为基础的光学信息处理的理论和技术。特别是六十年代初第一台激光器的问世，实现了高亮度和高时一空相干度的光源，使光子不仅成为了信息的相干载体而且成为了能量的有效载体，随着激光技，本和光电子技术的崛起，光学工程已发展为光学为主的，并与信息科学、能源科学、材料科学。生命科学、空间科学、精密机械与制造、计算机科学及微电子技术等学科紧密交叉和相互渗透的学科。它包含了许多重要的新兴学科分支，如激光技术、光通信、光存储与记录、光学信息处理、光电显示、全息和三维成像薄膜和集成光学、光电子和光子技术、激光材料处理和加工、弱光与红外热成像技术、光电测量、光纤光学、现代光学和光电子仪器及器件、光学遥感技术以及综合光学工程技术等。这些分支不仅使光学工程产生了质上的跃变，而且推动建立了一个规模迅速扩大的前所未有的现代光学产业和光电子产业。 近些年来，在一些重要的领域，信息载体正在由电磁波段扩展到光波段，从而使现代光学产业的主体集中在光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。这些产业一般具有数字化、集成化和微结构化等技术特征。在传统的光学系统经不断地智能化和自动化，从而仍然能够发挥重要作用的同时，对集传感、处理和执行功能于一体的微光学系统的研究和开拓光子在信息科学中作用的研究，将成为今后光学工程学科的重要发展方向。

哈尔滨工业大学2009至2010学年第一学期物理光学期末考试试题

哈尔滨工业大学2009至2010学年第一学期物理光学期末考试试题 一、填空题（每小题2分，总共20分） 1、测量不透明电介质折射率的一种方法是，用一束自然光从真空入射电介质表面，当反射光为（）时，测得此时的反射角为600，则电介质的折射率为（）。 2、若光波垂直入射到折射率为n=1.33的深水，计算在水表面处的反射光和入射光强度之比为（）。 3、光的相干性分为（）相干性和（）相干性，它们分别用 （）和（）来描述。 4、当两束相干波的振幅之比是4和0.2时，干涉条纹对比度分别是（）、和（）。 5、迈克尔逊干涉仪的可动反光镜移动了0.310mm，干涉条纹移动了1250条，则所用的单色光的波长为（）。 6、在夫朗禾费单缝衍射实验中，以波长为589nm的钠黄光垂直入射，若缝宽为0.1mm，则第一极小出现在（）弧度的方向上。 7、欲使双缝弗琅禾费衍射的中央峰内恰好含有11条干涉亮纹，则缝宽和缝间距需要满足的条件是（）。 8、一长度为10cm、每厘米有2000线的平面衍射光栅，在第一级光谱中，在波长500nm附近，能分辨出来的两谱线波长差至少应是（）nm。 9、一闪耀光栅刻线数为100条/毫米，用l=600nm的单色平行光垂直入射到光栅平面，若第2级光谱闪耀，闪耀角应为多大（）。 10、在两个共轴平行放置的透射方向正交的理想偏振片之间，再等分地插入一个理想的偏振片，若入射到该系统的平行自然光强为I0，则该系统的透射光强为（）。 二、简答题（每小题4分，总共40分） 1、写出在yOz平面内沿与y轴成q角的r方向传播的平面波的复振幅。 2、在杨氏双缝干涉的双缝后面分别放置n1=1.4和n2=1.7，但厚度同为d的玻璃片后，原来 的中央极大所在点被第5级亮条纹占据。设l=480nm，求玻璃片的厚度d及条纹迁移的方向。 3、已知F-P标准具的空气间隔h=4cm，两镜面的反射率均为89.1%；另一反射光栅的刻线面 积为3′3cm2，光栅常数为1200条/毫米，取其一级光谱，试比较这两个分光元件对 l=632.8nm红光的分辨本领。 4、平行的白光（波长范围为390-700nm）垂直照射到平行的双缝上，双缝相距1mm，用一个 焦距f=1m的透镜将双缝的衍射图样聚焦在屏幕上。若在屏幕上距中央白色条纹3mm处开一个小孔，在该处检查透过小孔的光，则将缺少哪些波长？ 5、一块每毫米500条缝的光栅，用钠黄光正入射，观察衍射光谱。钠黄光包含两条谱线， 其波长分别为589.6nm和589.0nm。求在第二级光谱中这两条谱线互相分离的角度。6、若菲涅耳波带片的前10个奇数半波带被遮住，其余都开放，则求中心轴上相应衍射场点 的光强与自由传播时此处光强的比值。 7、一束汞绿光以600入射到KDP晶体表面，晶体的n o=1.512，n e=1.470。设光轴与晶体表面 平行，并垂直于入射面，求晶体中o光和e光的夹角。 8、画出沃拉斯顿棱镜中双折射光线的传播方向和振动方向。（设晶体为负单轴晶体）

物理光学期末试题

1.波动方程，光程、光程差、相位差 2.杨氏干涉、薄膜干涉(等倾、等厚) （重点） 3.单缝衍射、圆孔衍射（半波带、分辨本领）、光栅 4.马吕斯定律、布儒斯特定律、偏振光之间转换 1．)](ex p[0kz t i E E --=ω与)](ex p[0kz t i E E +-=ω描述的是 传播的光波。 A ．沿正方向 B ．沿负方向 C ．分别沿正和负方向 D ．分别沿负和 正方向 2．牛奶在自然光照射时呈白色，由此可以肯定牛奶对光的散射主要是 A ．瑞利散射 B ．分子散射 C ．Mie 散射 D ．拉曼散射 3．在白炽光入射的牛顿环中，同级圆环中相应于颜色蓝到红的空间位置是 A ．由外到里 B ．由里到外 C ．不变 D ．随机变化 5． F-P 腔两内腔面距离h 增加时，其自由光谱范围λ? A ．恒定不变 B ．增加 C ．下降 D ．=0 6．光波的能流密度正比于 A ． E 或H B ．2E 或2H C ．2E ，与H 无关 D ． 2H ，与 E 无关 7．光在介质中传播时，将分为o 光和e 光的介质属 A ．单轴晶体 B ．双轴晶体 C ．各向同性晶体 D ．均匀媒质 8.两相干光的光强度分别为I 1和I 2，当他们的光强都增加一倍时，干涉条纹的可见度 A .增加一倍 B . 减小一半 C .不变 D . 增加1/2 倍 9.线偏振光可以看成是振动方向互相垂直的两个偏振光的叠加，这两个偏振光是 A .振幅相等，没有固定相位关系 B .振幅相等，有固定相位关系 C .振幅可以不相等，但相位差等于0度或180度 D .振幅可以不相等，但相位差等于90度或270度 10．等倾干涉图样中心圆环 。（区分迈克尔孙和牛顿环） A ．级次最高，色散最弱 B ．级次最高，色散最强 C ．级次最低 色散最弱 D ．级次最低，色散最强 11．在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为λ的单色光垂直入射在宽度为λ4=a 的单 缝上，对应于衍射角为30o的方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为 A ．2 个 B ．4 个 C ．6 个 D ．8 个 14．闪耀光栅中，使刻槽面与光栅面成角，目的是使

物理光学期末考试试卷2答案

《物理光学》期末试卷B 答案一、判断题（每题2分） 1、（×）； 2、（√）； 3、（√）； 4、（×）； 5、（√） 二、选择题（每题3分） 6、D ； 7、A ； 8、B ； 9、B ；10、D 三、填空题（每题3分） 11、否 （1分）；是（2分）。 12、1。 13、0.0327mm 。 14、圆偏振光（1分）；线偏振光（1分）；椭圆偏振光（1分）。 15、相同（1分）；不同（2分） 四、计算题 16、解：该光的频率为：151411 105102 f Hz Hz T ==?=?……3分 介质中波长为：710.65 3.910v T c m f λ-=?=?=?……2分 介质折射率为：1 1.5380.65 c n v ===……3分 17、解：①由布儒斯特定律得：21arctan n i n =……2分 1.50arctan 48.4348261.33 o o '===……2分 ②若Ⅱ、Ⅲ界面的反射光是线偏振光，则必符合布儒斯特定律有： 32 tan n n θ=……1分 根据已知，Ⅱ、Ⅲ界面的入射角12tan cot n i n θ== ……1分 故，Ⅱ、Ⅲ界面不符合布儒斯特定律，反射光不是线偏振光。……2分

18、解：①欲使条纹从中心涌出，应远离2M '。……4分 2d N λ =……2分 600100300002nm =? =……2分 19、解：当5d a =时，第5级明纹刚好和衍射第一极小重合，此时衍射主极大内有9条明纹。 故，衍射主极大内要包含11级明纹，必有 5d a >。 当6d a =时，第6级明纹刚好和衍射第一极小重合，此时衍射主极大内有11条明纹。 若 6d a >，则衍射主极大内包含13条明纹。故6d a ≤。 因此，要满足题目条件必有65d a ≥>。 20、解：自由光谱范围（2分） m 10005.5m 10005.510 42)106328.0(261222 62 μλλλ----?=?=???===?nh m f 分辨本领（3分）7 6100.2981 .01981.0106328.097.004.021297.097.0'?=-?????=-??===?= -ππλλλR R nh mN mN A 角色散（3分） 82/362/310973.3) 106328.0(04.01sin 1?=?====-λλλθλλθnh nh d d 21、解：①sin sin m d m d λθλθ=?=……1分 1.0911cos rad Nd λ θθ?===……2分 A mN mnl λλ ===?……1分 1M

物理光学

物理光学作业习题答案 第一章光波的基本性质 （1）作业习题 1、试说明下列各组光波表达式所代表的偏振态。 ⑴Ｅx =Ｅo sin （ωt-kz ），Ｅy =Ｅo cos （ωt-kz ） ⑵Ｅx =Ｅo cos （ωt-kz ），Ｅy =Ｅo cos （ωt-kz+4π） ⑶Ｅx =Ｅo sin （ωt-kz ），Ｅy =-Ｅo sin （ωt-kz ） 解：（1）)sin(0kz t E E x -=ω，)cos(0kz t E E y -=ω )2 cos(0π ω--=kz t E E x ，0E E E oy ox == ∴2πδ=，∴y E 超前x E 2 π ，∴为右旋圆偏振光 （2）)cos(0kz t E E x -=ω，)4 cos(0π ω+-=kz t E E y 4 π δ= ，2022E E E y x ≠+，y E 超前x E 且1== ox oy E E tg α，∴4 π α= 4 cos 2cos 22π π δαψ?=?=tg tg tg ，∴4 π ψ= ∴ 为右旋椭圆偏振光，长轴在y=x 方向上 （3）)sin(0kz t E E x -=ω，)cos(0kz t E E y --=ω )sin(0πω+-=kz t E E y ，π δ=， 0E E E oy ox == 1== ox oy E E tg α，∴4 π α= ，ππ δαψcos 2 cos 22?=?=tg tg tg ∴4 π ψ-= ∴ 为线偏振光，振动方向为y=-x 2、试证明：频率相同，振幅不同的右旋与左旋圆偏振光能合成一椭圆偏振光。

工程光学练习题

English Homework for Chapter 1 ancient times the rectilinear propagation of light was used to measure the height of objects by comparing the length of their shadows with the length of the shadow of an object of known length. A staff 2m long when held erect casts a shadow long, while a building’s shadow is 170m long. How tall is the building? Solution. According to the law of rectilinear propagation, we get, x=100 (m) So the building is 100m tall. from a water medium with n= is incident upon a water-glass interface at an angle of 45o. The glass index is . What angle does the light make with the normal in the glass? Solution. According to the law of refraction, We get, So the light make 3. A goldfish swims 10cm from the side of a spherical bowl of water of radius 20cm. Where does the fish appear to be? Does it appear larger or smaller? Solution. According to the equation. and n ’ =1 , n=, r=-20 we can get So the fish appears larger. A

物理光学期末试卷题库与解答

物理光学试题库与答案1 (须给出必要的计算过程和绘图） 1．(6分) 若波的相速为，A为常数，求波的群速？ 答： 2．(6分) 已知腔长为 60 厘米的 He-Ne 激光器的激活介质本身的谱线半值宽度 为 1300MHz，激活介质的折射率为 1.0，求输出激光的频谱中包含的纵模个数？ 答：，，L=60cm， 3．(6分) 空腔辐射器处于某一温度时，，若该辐射器的温度增高 到使其黑体辐射本领增加一倍时，将变为多少？ 答：，，，， 4．(8分) 若冰洲石晶体的光轴方向为如图所示的虚线方向，用惠更斯作图法确定入射到该晶体上的一束平行光在晶体中的双折射情况？ 答：双折射情况如图所示：

5．(10分)用单色平行光垂直照射菲涅耳衍射屏，衍射屏对波前作如图所示遮挡，b 是衍射屏中心到相应场点 P 处的光程，求垂直衍射屏的中心轴上此场点 P 处的光强与自由传播时的光强之比? 答：（ 1）用矢量作图法。如图：,自由传播时，，所以。 （ 2）衍射屏相当于半面被遮挡，所以有，。 6．(10分) 如图所示，两块 4 厘米长的透明薄玻璃平板，一边接触，另一边夹住一根圆形金属细丝，波长为 5890A 0 的钠黄光垂直照射平板，用显微镜从玻璃板上方观察干涉条纹。（1）若测得干涉条纹的间距为 0.1 毫米，求细丝直径 d 的值？（2）当细丝的温度变化时，从玻璃中央的固定点 A 处观察到干涉条纹向背离交棱的方向移动了 5 个条纹，则细丝是膨胀还是收缩了，温度变化后细丝直径的变化量是多少？ 答：

（ 1） （ 2）干涉条纹向背离交棱的方向移动是干涉条纹间距变宽的结果， 由可知，是两块平板间距（夹角）变小了，说明细丝收缩，直径变小了。 细丝直径的变化量是 7．（12）如图所示，一列波长为、在 X-Z 平面沿与 Z 轴夹角为的方向传播的平面波， 与一列源点在轴上、距坐标原点为、波长也为的球面波在傍轴条件下干涉，求在Z=0 的平面上干涉条纹的形状和间距？ 答：

物理光学论文

论光学在天文观测方面的应用 李云天 1091850107 航天工程系空间科学与技术 一、序言 天文观测中重要手段就是天文望远镜，光学的发展则大大推动了天文望远镜的改进与发展，大大提高了人们对恒星和宇宙的研究和认识，对观测气象和准确预报天气提供了更有利的技术支持。 1609年伽利略将第一台天文望远镜指向太空，从此天文观测由肉眼观测进入到了望远镜时代，几百年来人们致力于提高望远镜的贯穿本领和分辨本领，早年犹豫折射式望远镜结构简单得到较快的发展，1897年，美国叶凯土天文台简称一架口径1.02m的折射式望远镜，是迄今为止世界上最大的折射式天文望远镜。以后由于折射望远镜对材料要求高且透镜会严重吸收紫外线光等原因，人们开始致力于发展反射式望远镜的发展。当代5m以上口径的大天文望远镜已经有十多个，且目前正在建造的望远镜，主要有欧洲南方天文台的大双筒望远镜（LBT），以及南非大望远镜（SALT）。除了传统的光学望远镜（观测波段300nm-900nm）外，还有红外望远镜（观测波段1.25um-28um）和射电望远镜（sub、 mm、cm和m波）；在空间，原则上不受波段的限制，目前已经发射的有γ射线望远镜，X射线望远镜、紫外望远镜、光学望远镜（如哈勃空间望远镜）、中红外望远镜和远红外望远镜。 二、光学天文望远镜 2.1折射式望远镜 传统的折射式望远镜大致分为两种：伽利略式和开普勒式。 ●伽利略式：以凸透镜做物镜，凹透镜做目镜。成正像，制造简单造价低廉，普通观剧镜 多采用这种光学系统。缺点是视场小、放大率小、不能在目镜端加装十字丝。目前在天文观测中不采用这种类型的望远镜。 ●开普勒式：以凸透镜做物镜，凸透镜做目镜。是将物镜所成的实像用凸透镜组 的目镜放大，获得倒像，由于其视场大，在目镜组中可以安装十字丝或动丝，天文观测中多采用此种类型的望远镜。

光学物理论文物理光学小论文

收稿日期:2009 10 20 基金项目:国家自然科学基金资助(60801042) 作者简介:关 莹(1984 ),女,西安电子科技大学博士研究生,E mail:guanying_w anw an @https://www.sodocs.net/doc/ee11789732.html,. doi:10.3969/j.issn.1001 2400.2010.05.021 适用于裁剪NURBS 曲面RCS 预估的改进的物理光学法 关 莹,龚书喜,徐云学,张 帅,姜 文 (西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室,陕西西安 710071) 摘要:分析了驻相法(SPM )计算裁剪非均匀有理B 样条(N U RBS)曲面上物理光学积分失效的原因; 在此基础上综合驻相法和Go rdon 算法的优点,提出了SPM G or don 算法来准确快速计算裁剪N U RBS 曲面上的物理光学积分.与完全采用高斯积分计算裁剪曲面上物理光学积分的传统方法相比,新算法避 免了繁琐耗时的数值积分,计算速度快,所需内存少.数值结果表明,当裁剪曲面被裁去区域与有效域面 积之比小于0 5时,在同等精度下,对于采用裁剪曲面建模的大多数目标,SPM Gor do n 算法计算RCS 所需的时间仅仅为传统方法的10%以下. 关键词:裁剪N U RBS 曲面;电磁散射;物理光学积分;SPM Gor do n 算法;雷达截面 中图分类号:O 441 文献标识码:A 文章编号:1001 2400(2010)05 0893 05 Improved PO technique for the RC S computation of targets modeled with trimmed NURBS surfaces G UAN Ying ,GON G Shu x i,X U Yun x ue,ZH A N G S huai,J I A NG Wen (Key Lab.of A ntennas and M icro wav e T echnolog y,Xidian U niv.,Xi an 710071,China) Abstract: T he invalidity of the stationary phase method (SPM )in the evaluat ion of the PO int eg r al over trimmed sur faces is analyzed theor et ically,o n the basis of w hich the SPM G or do n algo rithm is presented to ev aluate the P O integr al over tr immed surfaces accur ately and effectively.Co mpa red with the co nv entional method in which numer ical integ rat ions are utilized,this new algo rithm successfully av oids the co mplex and time consuming numer ical integ ratio ns and releases the heav y burden o n the CPU. Numerica l results indicate that when the ar ea o f the tr im r egion is less than half o f that of the effectiv e reg ion,the time consumed by the SPM G or do n metho d is no mo re than 10percent that by the co nv entional method in most cases. Key Words: trimmed NU R BS surfaces;electromag netic scattering ; PO integ ral;SP M Go rdon alg or ithm;RCS 随着计算机辅助几何设计(CAGD)的发展,基于非均匀有理B 样条(NU RBS)曲面建模的复杂目标的RCS 计算研究受到越来越广泛的关注,其中一种行之有效的计算方法就是物理光学法(PO)[1 4].当目标的电尺寸很大时,采用物理光学法计算基于NU RBS 曲面建模目标的RCS,所需内存少,计算速度快.当N URBS 曲面出现面 面相交的情况或者在NURBS 曲面上存在孔洞时,该NURBS 曲面就成为裁剪NURBS 曲面.然而,由于裁剪NU RBS 曲面的结构比较复杂,已往的文献很少涉及到其RCS 计算,几乎所有的PO 程序代码都要求处理的N URBS 曲面必须是非裁剪的.通过对目标模型的重建改造虽然能够除去裁剪部分,但其耗时甚至可能超过目标RCS 计算本身所需的时间[5].因此,寻求一种计算裁剪NURBS 曲面RCS 的快速高效的方法就显得格外重要. 文献[6]虽然涉及到裁剪NU RBS 曲面在RCS 计算中的应用,但它仍然采用普通NU RBS 曲面建模,而2010年10月第37卷 第5期 西安电子科技大学学报(自然科学版)JOUR NAL OF XIDI AN UNIV ER SI TY Oct.2010 Vol.37 No.5

哈尔滨工业大学2008至2009学年第一学期物理光学期末考试试题答案

哈尔滨工业大学2008至2009学年第一学期物理光学期末考试试题答案 一、解释下列名词（每小题2分，总共20分） 1．复色波的相速度：复色波的等相位面的传播速度。 2．复色波的群速度：复色波的等振幅面的传播速度。 3．布儒斯特角：反射光为完全线偏振光时的入射角。 4．临界角角：光密介质到光疏介质出现全反射现象，产生全反射现象时的最小入射角称为临界角。 5．光的空间相干性：光源大小对条纹可见度的影响称为光的空间相干性。 6．光的时间相干性：光源非单色性对条纹可见度的影响称为光的时间相干性。 7．爱里斑：圆孔衍射中，中央亮斑称为爱里斑（爱里斑占入射在圆孔上能量的83%）。 8．瑞利判据：两个等强度波长的亮条纹只有当它们的合强度曲线中央极小值低于两边极大值的81%时，才能被分 开。 9．晶体的光轴：在晶体中，光沿某方向传播时不发生双折射现象，该方向称为光轴。 10．光的色散：介质中的光速（或折射率）随光波波长变化的现象叫光的色散。 二、简答题（每小题4分，总共40分） 1、如图所示，一平面简谐光波沿x方向传播，波长为l，设x=0点的相位j0=0，写出：（1）沿x轴光波的相位分布j(x)；（2）沿y轴光波的相位分布j(y)；（3）沿r方向光波的相位分布j(r)。 解： （1）； （2）； （3） 2、利用布儒斯特定律，可以测定不透明电介质的折射率。令测得釉质的起偏角为580，求它的折射率。 解：根据布儒斯特定律，将，代入，可得不透明电介质的折射率为 。 3、观察尖劈形肥皂液膜所产生的彩色条纹时，为什么膜的上端的光泽变暗彩色消失时预示着肥皂膜即将破裂？

解：尖劈形肥皂膜产生的干涉属于等厚干涉，其光程差。由于重力作用，尖劈下方的膜将变厚，上方的膜将变薄。当膜厚时，，此光程差满足干涉相消，所以膜变为黑暗色；当时，膜就 裂开。这就是肥皂膜破裂前由彩色变为黑暗色的缘故。 4、在牛顿环实验中，平凸透镜的凸面曲率半径5m，透镜半径为10mm，在钠光的垂直照射下（l=589纳米），能产生多少个干涉条纹？ 解： 5、在杨氏双缝干涉实验装置中，假定光源是单色缝光源，当装置作如下几种改变时，试简单描述屏上的干涉条纹的位置或间距将会怎样变化？（1）将光源向上或向下平移；（2）将整个装置放入水中。 解：（1）光源平移与条纹评议的关系为。当光源项上移动时，，则，即条纹向下平移；同理，当光源下移时，则条纹向上平移。 （2）由于光源在介质中的波长，装置放入水中后，条纹间距为。因为，所以， 即条纹间距会变小。 6、单色平面光波波长为500nm，正入射如图所示的衍射屏上，mm，mm，轴上观察点离衍射屏2m，计算观察点出的光强与入射光之比。 解：衍射屏分为两部分，的3/4圆孔和的1/4的圆孔。已知，。先求半径为的3/4圆孔包含的“半波带”数： 即恰好为一个“半波带”。令一个“半波带”在观察点的振幅为，则。再求半径为的1/4圆孔包含的“半波带”数： 即恰好为两个“半波带”，故。所以观察点的总振幅为