1、幾何光學的基本知識1. 幾何光學的實驗定律幾何光學的實驗定律2. 光的全反射光的全反射 (1) 光的直線傳播定律光的直線傳播定律: (3) 光的獨立傳播定率和光路可逆原理光的獨立傳播定率和光路可逆原理(2) 光的反射定律和折射定律光的反射定律和折射定律:3. 惠更斯和費馬原理惠更斯和費馬原理成像 單球折射面成像單球折射面成像 符號法則符號法則 橫向放大率橫向放大率 逐次成像逐次成像 橫向放大率橫向放大率rnnsnsnsnnsyyVnnnnsds)1(1.21VVV 薄透鏡成像薄透鏡成像1sfsffxxfsffssnnsV高斯公式高斯公式橫向放大率橫向放大率nnnnsds)1(1.21VVV 逐

2、次成像逐次成像厚透鏡可以看成單球折射面的逐次成像厚透鏡可以看成單球折射面的逐次成像光學儀器光學儀器 遠視和近視的矯正遠視和近視的矯正 放大鏡（目鏡）放大率放大鏡（目鏡）放大率 顯微鏡放大率顯微鏡放大率 望遠鏡放大率及分辨率望遠鏡放大率及分辨率EOffM25Dm22. 1eoffMfsM0光的干涉部分光的干涉部分1 1 介質的折射率介質的折射率vcn 2 2 波長關系波長關系nn一、基本概念一、基本概念3 3 光程光程iiLn4 4 光程差與相位差關系光程差與相位差關系L2頻率相同頻率相同波長為真空波長為真空中的波長中的波長2S11, nt22, nt1S1r2rPP P點點光程差光程差P點相位

3、差點相位差11112222nttrnttrLL21n2n3ne3221;nnnnPP P點點光程差光程差222enLP點相位差點相位差L2若已知介質若已知介質1中的波長中的波長1111nn干涉極大條件干涉極大條件干涉極小條件干涉極小條件kL2) 12(kL二、基本定理二、基本定理1 干涉條件干涉條件相干光源：頻率相同、振動方向相同、相位差恒定相干光源：頻率相同、振動方向相同、相位差恒定波長為真空波長為真空中的波長中的波長ss1s2細線光源細線光源單色單色2 楊氏雙縫楊氏雙縫干涉干涉DxdnL 2 楊氏雙縫楊氏雙縫干涉干涉DxdnL 干涉加強干涉加強ndDkx相鄰明條紋間距相鄰明條紋間距ndDx

4、xxkk12S1SOxmD1mmd1nm500第六級明紋位置第六級明紋位置mmndDkx31011051637相鄰明條紋間距相鄰明條紋間距mmndDx5 . 0101105137n =2 、 e =0.01mm片覆蓋一條縫上，屏上的第片覆蓋一條縫上，屏上的第0級亮紋移到級亮紋移到kenL) 1(2010510) 12() 1(75enk例例原來第六級明紋位置移動到原來第六級明紋位置移動到3mm+200.5mm=13mm處處3 3 薄膜薄膜干涉干涉 2cos22ihnL垂直入射垂直入射 222hnL典型習題典型習題求光程差、相位差求光程差、相位差注意：半波損失個數注意：半波損失個數1 1個半波損

5、失個半波損失1 1個半波損失個半波損失n1n2n3級次分析級次分析2cos22ihnLkLi中央級次高中央級次高厚度變化引起條紋變化情況厚度變化引起條紋變化情況4 4 劈尖干涉劈尖干涉明明nke412暗暗nke2相鄰明紋對應的厚度差相鄰明紋對應的厚度差 neeekk21相鄰明紋之間的距離相鄰明紋之間的距離sin2sinne2LD夾絲厚度夾絲厚度光程差光程差 22neL5 5 牛頓環牛頓環 mRrrkmk22暗紋Rkr6 6 邁克耳遜干涉儀邁克耳遜干涉儀2Nd動鏡移動距離與冒出（縮進）個數關系動鏡移動距離與冒出（縮進）個數關系例：例：測得測得100;02500. 0NmmdnmNd5001001

6、05 . 2225測量精度測量精度2ND1 .0N若若 ，則，則nmND252光的衍射部分光的衍射部分一、基本概念一、基本概念惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理半波帶法，矢量圖解法半波帶法，矢量圖解法二、基本定理二、基本定理1 1 單逢衍射單逢衍射波帶數波帶數22sinkaBCkan2sin2暗暗波帶數波帶數明明12 kn2) 12(sinkaBC自己比較與干涉的區別自己比較與干涉的區別中央明紋的半中央明紋的半角寬度角寬度aa11sin線寬度線寬度afx2中IP0 x1x2L2 f21中 x中 x2 圓孔的夫瑯禾費衍射圓孔的夫瑯禾費衍射愛里斑的半角寬度愛里斑的半角寬度 22. 1611. 00D

7、R愛里斑的線半徑愛里斑的線半徑 22. 10Dffr根據瑞利判據，根據瑞利判據，儀器最小分辨角等于愛里斑的半角寬度儀器最小分辨角等于愛里斑的半角寬度相同條件下，孔徑大的照相機拍出的照片質量好相同條件下，孔徑大的照相機拍出的照片質量好相同條件下，短波長光的愛里斑的線半徑小相同條件下，短波長光的愛里斑的線半徑小3 3 衍射光柵（多縫衍射光柵（多縫夫瑯和費衍射夫瑯和費衍射 ）光柵公式光柵公式kdsin最高級次最高級次bakmaxadkk缺級條件缺級條件衍射角不小衍射角不小整數比整數比兩個主極強之間有兩個主極強之間有N-1個極小，個極小，N-2個次極大個次極大md671030sin1051301nm5

8、00例例: :測得測得kdsin例例: :每毫米每毫米500條光柵條光柵,nm500最高級次最高級次若第若第3級缺級級缺級,可出現可出現5條條410510276maxdkmd6102000,50012, 1, 0 , 1 , 2例例: :若若 ad3.2613adkk第第3、6、9缺級缺級例例:兩光兩光 1 = 500.0 nm 、 2 = 750.0 nm 有重疊，重疊處有重疊，重疊處 2 的譜線級數將是的譜線級數將是 2、4、6、1111sin:kdk2222sin:kdk.9664327505002112kk光的偏振部分光的偏振部分自然光通過偏振片后的出射光強自然光通過偏振片后的出射光強

9、II21線偏光通過偏振片后出射光強線偏光通過偏振片后出射光強 cos 2II 布儒斯特定律布儒斯特定律 i0+r =90o 時，反射光為線偏振光時，反射光為線偏振光21120tannnni光的光的5種偏振態種偏振態偏振片：二向色性材料，尼克爾棱鏡等偏振片：二向色性材料，尼克爾棱鏡等雙折射現象：得到的雙折射現象：得到的o光跟光跟e光是純粹的線偏振光光是純粹的線偏振光o光光e光概念光概念惠更斯作圖法惠更斯作圖法波（晶）片：波（晶）片：1/41/4波片，半波片，全波片波片，半波片，全波片左旋左旋右旋右旋偏振光干涉偏振光干涉正交系統：半波片全通過正交系統：半波片全通過平行系統：全波片全通過平行系統：全波片全通過光的吸收、散射、色散光的吸收、散射、色散 了解光的吸收、散射和色散現象并能運用其區別自然現象 掌握朗伯定律、比爾定律和瑞利定律及簡單應用 波粒二象性波粒二象性 在討論與光的傳播有關的一系列現象在討論與光的傳播有關的一系列現象( (光的干涉、光的干涉、衍射、偏振、雙折射衍射、偏振、雙折射) )中中, , 光表現出波動本性。當光光表現出波動本性。當光與物質相互作用并產生能量或動量的交換