物理光学复习.pptx

物理光学—知识体系
万助军
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华中科技大学光学与电子信息学院
2017/12/30
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第一章光的波动模型
从Maxwell方程组出发,得到介质中的光波函数:平面波、球面波、柱面波。
从Maxwell方程组出发,得到介质分界面上电磁场量的边值关系。
基于以上两点,分析光波在介质分界面上的折反射特性。
简要介绍光的吸收、色散和散射特性。
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第二章光波的叠加和分析
光波的相干叠加,建立位相差概念,它是后续干涉分析的理论依据,也是衍射分析的重要基础。
驻波分析及维纳实验,验证了半波损失、光化学反应等概念。
同频、正交偏振单色波的叠加,建立偏振光概念。
不同频率单色波的叠加,建立光学拍、群速度、相速度等概念。
光波的频谱分析,理解光波的时域和频域特性。
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第三章光的干涉
杨氏干涉实验及其条纹特性。
基于杨氏实验,讨论干涉条纹的对比度、光波的时间相干性和空间相干性。
分波前和分振幅干涉的对比分析及相关干涉装置。
基于平板干涉和空间相干性,讨论干涉条纹的定域特性,分析各种等倾干涉和等厚干涉装置。
平板的多光束干涉理论及F-P干涉仪。
薄膜光学基础。
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第四章光的衍射
介绍惠更斯-菲涅尔原理、基尔霍夫衍射积分公式,建立衍射分析的理论基础。
通过傍轴近似、菲涅尔近似和夫琅禾费近似,建立简化的衍射分析方法。
分析矩孔、圆孔、狭缝、双缝和多缝衍射。
基于圆孔衍射,分析成像系统的分辨本领。
分析光栅衍射特性,特别注意闪耀光栅的原理。
基于菲涅尔波带法,分析圆孔的菲涅尔衍射。
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第五章傅里叶光学
介绍平面波的空间频率、复杂复振幅的分解和角谱概念,建立傅里叶光学的理论基础。
数学基础:傅里叶变换定理、卷积和相关运算、δ函数、矩形函数、圆域函数等各种特殊函数。
从夫琅禾费衍射积分公式出发,基于傅里叶变换理论,分析矩孔、圆孔、光栅等孔径的夫琅禾费衍射。
从菲涅尔衍射积分公式出发,基于傅里叶变换理论,分析透镜的傅里叶变换和成像性质。
基于傅里叶变换理论,分析成像系统的CTF和OTF。
阿贝成像理论、阿贝-波特实验、空间滤波概念、相干和非相干信息处理。
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第六章光的偏振和晶体光学基础
偏振光特性及分类、偏振光的产生、检测及马吕斯定律。
分析平面波在双折射晶体中的传播特性,建立光轴、主截面、主平面、波法线、光线、离散角等概念。
双折射的图形化表示:折射率椭球、波矢面、光线面,双折射的作图分析。
晶体光学器件:起偏、偏振分光和波片。
偏振光和偏振器件的矩阵描述及其在偏振光分析中的应用。
偏振光的干涉、磁光和电光效应及其应用。

万助军
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华中科技大学光学与电子信息学院
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从Maxwell方程组到波函数—概念理解
光波属于电磁波范畴,理论基础是Maxwell方程组,给定的边界条件,可得到平面波、球面波、柱面波等各种具体的光波形态。
Maxwell方程组
波动方程
亥姆霍兹方程
平面波通解
球面波通解
柱面波通解
√
√
非精确解
特定边界条件
平面波空间分量
球面波空间分量
柱面波空间分量
√
√
近似解
特定边界条件
时空变量分离
时谐波函数
变换
定态波动方程
Maxwell方程组的解
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电磁波的特性—概念理解
D、E、B、H矢量之间的定量关系:
光强度:
可探测的物理量
实验证明,使照相底片感光和对人眼视网膜起作用的,是电场而不是磁场,因此通常把光波中的电场矢量E称为光矢量。