光学知识梳理

光学是研究光的行为和性质的物理学科。本图介绍了光学的相干光、双缝干涉、薄膜干涉、光的衍射、单缝夫琅禾费衍射、光栅衍射、光的偏振，收藏下图学习吧！

光学

• 相干光
  • 普通光源的发光机理：最基本发光单元是分子、原子，光波的频率、相位、振动方向，传播方向均不同
  • 激光光源：受激辐射，频率、相位、振动方向，传播方向完全一样
  • 可见光：波长400-760nm，光谱曲线中谱线所对应的波长范围越窄，光的单色性越好
  • 光的干涉：两束光的相遇区域形成稳定的、有强有弱的光强分布
  • 相干条件：频率相同，振动方向相同，相位差恒定
  • 获得相干光：将同一光源上同一点或极小区域发出的一束光分成两束，让它们经过不同的传播路径后，再使它们相遇，它们是相干光.
• 双缝干涉
  • 杨氏双缝实验
    • 光程差为 r2-r1=2ax/D=dx/D
    • 双缝干涉条纹是与双缝平行的一组明暗相间彼此等间距的直条纹，上下对称
    • 复色光（白光）干涉时会有重级现象，短波长的第(k+1)级与长波长的第k级位置重合
    • 两条缝的宽度不等，使两光束的强度不等；虽然干涉条纹中心距不变，但原极小处的强度不再为零，条纹的可见度变差。决定可见度的因素：振幅比，光源的宽度，光源的单色性
    • 两光波在P点的光程差为 = （r2+L2）-(r1+L1) 干涉条纹整体发生了移动， 移动方向与光源移动方向相反
• 薄膜干涉
  • 光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成的干涉现象，称为薄膜干涉
  • 对于厚度均匀的薄膜，光程差由入射角决定，焦平面上同一条干涉条纹上各亮点（或暗点）对应相同的入射角， 这类干涉称为等倾干涉，相应的条纹称为等倾条纹.一系列同心圆环，内疏外密
  • 当光垂直入射到薄膜时，干涉加强或减弱由薄膜厚度决定。干涉加强时可观察到一片亮，减弱时可观察到一片暗。无干涉条纹
  • 等厚干涉，简化成垂直入射，注意：有无半波损失项，视具体情况而定
  • 劈 尖
    • θ 很小，入射光垂直入射
  • 牛顿环
    • 将牛顿环置于n＞1的液体中，条纹如何变，同一级次，圆环半径减小，圆环收缩，膜厚增加时，向内湮没。膜厚减少时，向外涌出。疏密分布：内疏外密
    • 测量曲率半径
• 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理
  • 光的衍射：若遇到尺寸与光的波长相比拟的障碍物时，光会传到障碍物的阴影区并形成明暗变化的光强分布的现象
  • 夫琅禾费衍射可以用两个会聚透镜来实现
  • 菲涅耳假定：从同一波阵面上各点发出的子波，经由不同路径而在空间某点相遇时，产生相干叠加。
• 单缝夫琅禾费衍射
  • 菲涅尔半波带法
  • 光强分布
  • 单缝衍射图样分析
    • 中央明纹：两个一级暗纹之间的角距离作为中央明纹的角宽度，线宽度
    • 次极大明纹（中心）
    • 暗纹中心 波长越长，缝越窄衍射现象越明显，a越小波长越大衍射角越大
    • 中央明纹(主极大)最宽，其他明纹(次极大)宽度为
• 光栅衍射
  • 光栅常数 a+b 光栅常数是反映光栅质量的重要参数
  • 光栅衍射分析
    • 波长为λ的平面单色光垂直入射 图样是多缝干涉与单缝衍射的共同作用形成的结果
    • 在衍射角方向上，各狭缝发出的光，会聚在P点，产生干涉
    • 每个单缝发出的光在衍射角 方向产生单缝衍射
  • 光栅方程
    • 相邻狭缝对应点发出的光线的光程差d sin 满足干涉相长而形成明条纹，明纹(主极大)的光强
    • 主极大条纹位置 光栅常数越小条纹越稀疏
    • 光线在衍射角 方向上的相位差为，如果满足红式，形成暗纹在相邻主极大之间有(N－1)条暗纹，在相邻主明纹之间有(N－2)条次明纹
    • 衍射角的某些值既满足光栅方程主明文的条件又满足单缝衍射暗纹的条件，此现象为缺级
    • 如d不变a变大，多缝干涉条纹的强度受单缝衍射影响大
• 光的偏振
  • 光振动方向对于传播方向的不对称性
  • 自然光：在垂直于光传播方向上的平面内的一切可能方向上都有光振动, 且各方向光矢量振幅都相等
  • 线偏振光：光振动方向始终沿某一方向。部分偏振光：某一方向上振动较强，而与之相垂直方向上的振动较弱
  • 起偏：从自然光获得偏振光的过程。起偏的原理：利用某些材料在光学性质上的各向异性.
  • 偏振片 ：只能透过沿某个方向的光矢量或光矢量沿该方向的分量
  • 检偏-检验入射光是否为偏振光
  • 结论：光线的明暗变化与偏振片的偏振化方向有关
  • 自然光入射到界面时的现象
    • 自然光反射和折射后产生部分偏振光
    • 反射光：以振动方向垂直于入射面的为主。折射光：以振动方向平行于入射面（在入射面内）的为主。入射面：入射光线和法线构成的平面
    • 反射光的偏振化程度与入射角有关
  • 布儒斯特定律
    • • i0叫做起偏振角
        • 反射光为完全（线）偏振光
        • 反射光线和折射光线相互垂直