第一章：几何光学

1.费马原理；

a) 光程的概念：光程是相应的折射率与几何路程的积

第二章：光的干涉

1.干涉的定义：两列波的叠加时能产生波的强度在空间的稳定分布的现象；

2.产生干涉的基本条件：相关光（相位差恒定，同频率，振动方向相同）的获得：方法有分波面和分振幅

3.几个基本概念：

一．光的电磁波

a) 光的电磁波描述： 明确光是电磁波，产生光效应的是电场强度矢量。

cb) 折射率的定义： n?c) 折射率 n 还与波长有关：色散现象 v

d) 光在介质的界面上发生反射、折射现象 在传播中出现衍射、偏振现象 实验测得光在真空中的传播速度为C 得出的结论：光是某一波段的电磁波

e) 光波的振动特性 光的振动方向与传播方向垂直 光波是横波

光具有偏振现象

▲ 能流密度：单位时间内通过与波的传播方向垂直

的单位面积的能量。I?A2

光谱特性电磁波的频率范围很广,不同波长的电磁波与物质相互作用时有显著不同的现象和规律,因此可将电磁波分为很多波段.线频率 v 与波长 l 的关系 v??c

二光程与光程差

定义 ??nr 为光程

定义 nr2? ?????

?n2r2?n1r1

三 产生明纹与暗纹的条件 见幻灯片光学的第五张

四几种基本的干涉装置

1young双缝 ?为相遇点的光程差

1) 成象规律：一系列平行的明暗相间的条纹

在角度不太大时条纹等间距；

中间级次低，两边级次高；

2.学会计算见幻灯片56716

计算光程差与光程

极值条件

条文间距

五薄膜干涉

1.等倾干涉的特点：相同的入射角照射在薄膜上所形成的同一级干涉条纹。

干涉条纹的特点：条纹经会聚才能观察，定域为无穷远处 一系列的同心圆环

，同一倾角对应同一同心圆环

靠近环心的条纹干涉级别高

不等间距，i2（ i1）增加时，条纹间距减小，

内疏外密

学会计算：

2.等厚干涉的特点：相同的厚度对应同一级的干涉条纹 干涉条纹的特点：厚度大的点级数越高

五：多光束干涉

特征：缝数很多，缝间干涉形成一系列很细的干涉明纹，各明纹的极值受单缝衍射的调制。

谱线的位置如何定

光强公式：

第三章 光的衍射

一：衍射与干涉的区别：衍射的无限多个子波叠加的效果，干涉是有限多个子波叠加的效果。

2.基础理论：惠更斯-菲涅耳原理

3.衍射分类 菲涅耳近场衍射 远场衍射

4.半波带法

5.几种典型的衍射现象

1.单缝衍射的特征：

特征一：中央有一特别明亮的亮纹，两侧有

一些强度较小的亮纹，中央亮纹宽 度是其他亮纹宽度的两倍；

其他亮纹的宽度相同；亮度逐级下降

特征二：缝b越小，条纹越宽（即衍射越厉害）

特征三：波长?越大，条纹越宽。

2.光强公式：

3.学会计算

2.圆孔衍射的特征：特征一： 由中央亮斑和明暗相间的同心圆环组成r相等处的光强相同，中央为圆形亮斑，周围有 一些亮暗相间的同心圆环条纹。

特征二：中央亮斑特别明亮

2.爱里斑的特征是：中央亮斑集中了入射光强的84%，特别明亮，称

为爱里斑。

3.分辨极限；如果其一个象斑的中心恰好落在另一象斑的边缘(第一暗纹处 则此两物点被认为是刚刚可以分辨。

六：光栅衍射

A. 光栅的结构：大量相同的狭缝等间隔平行地排列就构成一个光栅。

B. 衍射规律现象：缝数很多，缝间干涉形成一系列很细的干涉明纹。各明纹极值受单缝衍射因素的调制。

C. 单缝衍射因素的调制导致了缺级

D. 光栅方程 dsin??k?

? k?6.X射线的衍射1.

由光栅方程 d sin ? 可知不同周期的光栅

将有不同的衍射分布.

反过来，由衍射分布可以推知光栅的周期结构。任何有规则的周期结构的物体，都有类似于光栅的衍射现象，研究其衍射分布，可推知其物质结构。

第四章：偏振

1.横波是电磁波

2.偏振的含义：光的横波性只表明电矢量与光的传播方向垂直，在与传播方向垂直的二维空间里电矢量还可能有各式各样的振动状态，我们称之为光的偏振。

3.自然光的定义：每个方向都有线偏振的振动矢量，平均看来各个方向的振动振幅相等，形成轴对称的均匀分布，各个振动的初相位彼此独立，互不相关。

线偏光的定义：只有一个振动矢量，振动方向不随时间的变化，瞬时值不断的变化，振动轨迹是一条直线。

部分偏振光：每个方向都有线偏振的矢量，平均看来各个方向的振动幅度不相等，形成椭圆形振幅分布，各个振动的初相伴彼此独立，互不相关。

圆偏振光：只有一个振动矢量，振幅不变，振动方向匀速转动，振动矢量的端点描绘出圆形轨迹。

椭圆偏振光：只有一个振动矢量，振幅不断变化，振动方向不断转动，振动矢量的端点描绘出圆形轨迹。

鉴别五种偏振态的方法：

1. 使用偏振片将光的五种偏振态分成三组：旋转偏振片一周，出射光强有消光的位置的入射光是线偏振光；出射光强不变化的入射光是自然光或圆偏振光；出射光光强有变化，但无消光的位置的入射光是部分偏振光或椭圆偏振光。

2. 使用由波晶片和偏振片组成的鉴别装置区分圆偏振光和颓然光：通过装置后能变成线偏振光的入射光即为圆偏振光。否则为自然光。

3. 使用由偏振片、波晶片和偏振片组成的鉴别装置区分椭圆偏振光和部分偏振光；

三：偏振光的获得

第五章量子光学

1.量子概念的诞生：黑体（能完全吸收照射到它上面的各种频率电磁波的物体，称为黑体黑体能吸收各种频率的电磁波， 也能辐射各种频率的电磁波

辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强。

） 辐射对波动理论的挑战

2. 紫外灾难：单位间隔的驻波数多也就是增大能量也增大，如果 单位间隔的驻波数为无穷大时那么能量就是无限大（瑞利 —— 金斯）

3.原子发光机制：原子的振动发出波

4.普郎克产生的基础：为了解决热辐射的难题

5.光的电磁效应

6.康普顿公式：

7.光具有“波粒二象性”

8.原子发光理论引出了激光

9.光放大：谐振腔

 

第二篇：近代光学实验总结

近代光学实验心得

我们一小组，在石岩老师的带领下，总算将光学实验顺利的完成了。掐指一算，也有那么好几周，大家都在认真地做完了书上的十四个实验。在做得过程中，大家不仅加深了对光学的理解，而且也学会了把课堂上的理论课与实践结合的方法，让我们懂得了理论课堂中的非常拗口的问题，因此，对我们的意义也是很大。

我们小组一共六个人，我、贾博、慰宾鹃、李姝妺、黎晴英、谭丽玉。在一开始做实验，大家都做得很生疏，不是那么顺手。实验一，光学实验仪器、光路调整与技巧，初调时没有什么问题，但是对细调这步，我们就出现了很大的问题，其一，经过扩束镜，我们的光线无法使之聚焦，，其二，光线度不均匀，在调整过程中，随着远近距离的不同，其光强度总在不停的变化。最后，经过大家重复几次的努力，我们终于调出来了，按照书上的方法，我们能够调出了离焦、倾斜时的干涉图，还有初级球差、初级慧差、初级像散等现象。

在实验二菲涅耳衍射与针孔滤波实验中，其重点是搞清其原理，其原理图

如下。

图1 菲涅耳衍射实验示意图

S——点光源

a——小孔的直径

要求小孔的直径a小于点光源的波长。

点光源经过小孔发生了菲涅耳衍射现象，通过观察观察屏上的衍射条纹的现象，就可以验证菲涅耳衍射现象的产生。

实验三 夫琅和费衍射。

在做完了菲涅耳衍射实验后，紧接着做得就是夫琅和费衍射实验。夫琅和费衍射是光源和观察屏距离衍射屏都相当于无限远情况的衍射，而菲涅耳衍射是观察屏距离衍射屏不是太

远时观测到的衍射现象。因此两者还是有差别的。其基本原理如下：

图2 夫琅和费衍射实验示意图

如图2所示，由于实验中观察屏无法做到放在无限远处，因此只要示观察屏距狭缝尽量远就够了。即只要根据近似条件，观察屏相对而言足够远，便是夫琅和费衍射。圆孔屏的夫琅和费衍射花样的中心为一亮的圆斑，称为爱里斑，其周围环绕着一些明暗相间的圆环，其亮环的亮度与爱里斑相比要低很多。

这个实验，难点之处，就在于在光路中加入扩束、准直镜后的调节。为使激光扩束并且准直后照到单缝上，需要调节光路。在艰难的调节过程中，尽管大家失败了多次，最后还是调节出来了，并完成了夫琅和费衍射现象的的图像。

实验五 马赫曾德干涉仪实验，了解一下马赫曾德干涉仪。通过马赫——曾德干涉仪光路的拼搭和调节，掌握光路调控的基本方法；通过观察双光束干涉现象，进一步理解双光束干涉的基本原理；通过观察防震台稳定性对干涉条纹的影响，了解防震台的防震性能，理解信息光学实验对实验条件的要求；进一步了解“相干长度”的概念并通过实验考察激光光源的相干长度。

马赫——曾德干涉仪，使用分振幅法产生双光束以实验干涉的仪器。其光路图如下：

图3 马赫——曾德干涉仪光路图

光路主要由两块分束器及两块平面反射镜组成。四个反射镜互相接近平行，中心光路构成一个平行四边形。从激光器射出的波长为R的激光束经扩束准直后形成一束宽度合适的平行光。这束平行光射入半反半透镜I之后分为两束，反射光由全反射I反射后达到II透射

出去，这是第I束光。另一束光由半反射透镜II后方两束光重合区域上放上屏幕。若I、II两束光严格平行，则在屏幕上不产生干涉条纹，若两束光有一个交角，则在屏幕上将出现干涉条纹，两束光交角越大，则干涉条纹越密。

实验六 实时联合傅里叶相关图像识别

做完了马赫——曾德实验后，实时联合傅里叶相关图像识别就迎难而上了。在做该实验现象前，必先学会马赫——曾德干涉系统的搭建和调试。其实验原理如下：

1.联合傅里叶变换功率谱的记录。

联合傅里叶变换相关器JTC。该步可以分成两个步骤：第一步是，用平方记录介质（或器件）记录联合变换的功率谱。

2.联合傅里叶变换功率谱的相关读出

第二步，是联合变换功率谱的相关读出。用傅里叶变换透镜对联合变换功率谱进行傅里叶变换。

3.相关器的实时化

联合变换谱的记录和相关读出之间，有一个重要中介过程，即用平方律介质或器件将联合变换的复振幅谱转换成功率谱。

根据上述实验原理，完成相应的实验步骤，最后可以得到正确的结果。

实验十一 全息照相

全息照相技术是60年代发展起来的一门立体摄影和波前再现的新技术，它在摄影艺术、精密计量、无损检测、信息处理、遥感图像分析，生物医学和国防科研中具有广泛的应用。

2、全息照相与普通照相的区别 全息照相

原理不同

记录方法不同 物理光学原理 普通照相 几何光学原理 记录的是物光与参考光相干透镜成像在焦面上，只记录

涉的干涉条纹，同时记录了下物光的光强信息

物光的光强和位相信息

成像性质不同

再现方法不同 立体像 用衍射方法再现 平面像 直接成像在感光面上，冲洗

后即能看到像

实验目的：

1.学习全息照相的拍摄方法和观察要领；

2.通过对静物全息的摄制与观察，了解全息照片的主要特点。

实验原理

略

全息照相系统的要求

（1）要有足够稳定的系统

因为全息底板上记录的干涉条纹间距很小，如果全息底片在曝光过程中条纹移动超过 半个条纹的宽度，就不能形成全息图；条纹移动小于半个条纹宽度，全息图像虽然可以形成， 但清晰度会受到影响。物光与参考光夹角份越大，条纹的间距就越小，曝光过程中所受到的 限制也就越大。可搭一个迈克尔逊干涉仪光路，如获得稳定的干涉条纹，说明工作台已处于稳定的可拍摄全息照片的状态。

（2）要有好的相干光源。

（3）参考光与物光光强之比通常以4:1到10:1为宜。

5、光路布置要求

（1）搭迈克尔逊干涉仪光路，检查系统稳定性；

（2）调节各光学元件，使光束等高；

（3）按图30-6布置光路(开始时不要加扩束镜)，使物光与参考光成30~45度角度。

（4）保证物光与参考光之间的光程差为零，注意量光程时是从分束镜算起的。

（5）加入扩束镜，使光均匀照射底片和物体；反复几次，直至满意为止。

6、拍摄全息照片

（1）检查暴光定时器，设置曝光时间（20秒左右）；

（2）准备好夹子，注意装全息片时，干板的药膜面朝向反射（硬币、金属物）物体；

（3）按要求统一曝光，冲洗底片，吹干；

（4）观察全息照片。在参考光下观察三维立体虚像，用细激光束直接照射全息片，观察实像。仔细观察实像分析一下与实际物体有没有区别。

7、注意事项：整个实验要求光路设置合理，操作过程中要报持安静、听从教师指挥。曝光时间选择合适，并进行正确的冲洗操作。

实验总结

由上面几个实验，可以看出来，光学实验说难也不难，说易也不易。若说难的话，主要在于实验中的精度要求比较高，从而使得调节光路的难度就非常高。我们六人，从一开始，就对光路的调节就感到非常为难，后面的大部分时间都是花在实验的调节上。但是其实原理是相当简单的，利用我们所学过的知识，还能大体上知道，实验是什么样的一个原理。通过做实验的过程中，大家有些较大的收获，感到非常满意。但有些失败提供了我们一些经验。

其一：在做实验的过程中，事先预习好实验，做到心中有数，这样做起实验来，就不会感到无从下手。我们六人，就是因为，没有好好预习实验，才导致每堂实验，都无从下手，甚至落后于别人。

其二：做实验要仔细，随便一个实验，都需要仔细的调节和观察，绝不能粗心大意。在这方面，我们做得不是太好。比如说夫琅和费实验，调了很久很久，结果就在那一刹那才发现实验现象。

其三：做实验要思考。所有的错误，均可以通过思考才能解决。没有思考，做起实验来，错误百出却不知道那里出了错误。因此需要经过大脑的思考，实验才会有意义。

其四：勤学多问。有问题时，如果以自己的能力无法解决，就要多问问同学或者老师，老师可以帮助你解决你所不懂的问题。所以要多多问问实验老师。