大物十二章 光学

光学包括光的干涉，光的衍射，光的偏振。图中详细的阐述了三部分所包含的知识点，适合知识点整理以及背诵的小伙伴。

光学

• 光的干涉
  • 光的相干性
    • 振动方向相同
    • 频率相同
    • 相位差恒定
    • 干涉条件
  • 明暗纹条件
    • 明纹
      • Δφ=±2kπ (k=0,1,2....)
    • 暗纹
      • Δφ=±(2k+1)π (k=0,1,2...)
  • 相干光的获得方法
    • 分波阵面法
    • 分振幅法
    • 同出一源，分之为二
  • 杨氏双缝干涉实验
    • 干涉条纹分析
      • 相位差
      • 波程差
      • 明暗条纹位置
        • 明纹中心
        • 暗纹中心
      • 干涉条纹特征
        • 条纹间距
    • 影响干涉条纹的因素
      • 波长
      • 缝间距
      • 观察屏位置
    • 导致干涉条纹移动因素
      • 装置结构变动
      • 光路中介质变化
        • 盖住上缝，中央明条纹上移
        • 盖住下缝，中央明条纹下移
      • 光源移动
        • 向下移动光源，中央明条纹上移
        • 向上移动光源，中央明条纹下移
    • 测量透明介质折射率n
      • 没插透明介质前
        • δ=r2-r1=k1λ
      • 插了透明介质后
        • δ=r2-(r1-d+nd)=k2λ
    • 半波损失
      • 光垂直入射( i =0)或掠入射( i =-90)时,若光从光疏介质传向光密介质,在其分界面上反射时将产生半波损失。折射光无半波损失.
  • 光程和光程差
    • 光程nl
      • 介质的折射率和光传播几何路程的乘积
    • 光程差
      • 干涉条件
    • 反射光的
      • 薄透镜不会产生附加光程差
      • 透镜只改变光的传播方向
    • 反射光的相位突变和附加光程差
      • n1<n2<n3
        • 无附加光程差
      • n1>n2<n3
        • 有附加光程差
  • 薄膜干涉
    • 反射光的干涉
      • 光程差
      • 干涉条件
      • 附加光程差
    • 透射光的干涉
      • 光程差
      • 干涉条件
      • 附加光程差
    • 等倾干涉
      • e一定，i变化
      • 膜厚变化对条纹影响
        • 膜厚增加，条纹外扩
        • 膜厚减小，条纹内缩
      • 增透膜
      • 增反膜
    • 等厚干涉
      • i一定，e 变化
        • 若θ很小且薄膜很薄
        • 若单色平行光垂直入射，i=0
  • 迈克尔逊干涉仪
  • 光的时间相干性和空间相干性
• 光的衍射
  • 光在传播过程中，绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象叫光的衍射
  • 惠更斯原理
    • 在波的传播过程中,波阵面(波前)上的每一点都可看作是发射子波的波源,在其后的任一时刻,这些子波的包迹就成为新的波阵面。
  • 单缝的夫琅禾费衍射
    • 明暗纹
      • δ=asinθ=
        • 0 中央明纹
        • ±kλ 暗纹中心 k=1,2,3...
        • ±(2k+1)(λ/2) 明纹中心 k=1,2,3...
    • 角位置
      • 明纹
        • θ(k)=±(2k+1)λ/a k=1,2,3...
      • 暗纹
        • θ(k)=±kλ/a
      • 中央明纹
        • 角宽度
          • Δθ0=2θ1=2λ/a
        • 线宽度
          • Δx0=2x1=2λf/a
    • 影响因素
      • 缝宽
      • 波长
  • 圆孔衍射
    • 第一级暗环所围的中央光斑称为 爱里斑
      • θ1=1.22λ/d; λ为入射光波长；d为圆孔孔径；θ1为缝、爱里斑圆心、爱里斑外围形成三角形的处于缝的角度
      • R=1.22λf/d; R 为爱里斑半径
    • 仪器分辨本领
      • 最小分辨角
        • θ(R)=θ1=1.22λ/d
      • 分辨本领
        • R=1/θ(R)
  • 光栅衍射
    • 光栅明纹主极大
      • dsinφ=±kλ (k=0,1,2...)
    • 光栅暗纹
    • 缺级现象
      • （a+b)sinθ=kλ
• 光的偏振
  • 光的偏振态 在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向
    • 线偏振光：光的传播过程中，只包含一种振动， 其振动方向始终保持在同一平面内
    • 自然光：大量原子随机发射德广波列集合，每个光波频率相位 振动方向波列长度均不相同
    • 部分偏振光：光适量在各振动方向的光强不具有轴对称分布
    • 圆偏振光椭圆偏振光：光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以 光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称 为椭圆偏振光。旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭 圆偏振光的特殊情形
  • 起偏和检偏 马吕斯定律
    • 起偏和检偏
      • 偏振片是获得和检验线偏振光的最简单装置
      • 偏振化方向：允许通过光震动的方向
      • 检偏：用偏振期间分析检验光的偏振
    • 马吕斯定律：强度为I(0)的线偏振光，透过检偏片后，透射光的强度（不考虑吸收）为I=I(0)cos²θ
  • 反射和折射时光的偏振
    • 反射光和折射光一般是部分偏振光。
      • 布儒斯特角iB=arctann2/n1
      • i=iB时反射与折射光线垂直
  • 光的双折射：光束入射到各向异性的晶体， 分解为两束光而沿不同方向折射的现象
    • 寻常光和非寻常光
    • 光轴 主平面
      • 光轴方向上不发生双折射
      • 光的主平面
        • o光与e光线偏振光
        • 如光轴在主平面内 o光震动垂直于e光震动
    • 单轴晶体子波波阵面
      • 晶体内光传播速度与光的传播方向有关
      • 主折射率 no=c/vo no=c/ve
    • 惠更斯原理在双折射现象中的应用
      • 平行光垂直入射射且光轴垂直晶体表面 沿光轴方向不发生双折射
      • 平行光垂直入射射且光轴垂直晶体表面 沿光轴方向不发生双折射