文档介绍：该【物理光学知识点 】是由【FX01】上传分享，文档一共【41】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【物理光学知识点 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。波的基本性质
填空题
某介质的介电常数为,相对介电常数为,磁导率为,相对磁导率为,则光波在该介质中的传播速度;该介质的折射率;
单色自然光从折射率为n1的透明介质1入射到折射率为n2的透明介质2中,在两介质的分界面上,发生反射和折射现象;反射角、透射角和入射角的关系为,;设分别为光波在介质1、介质2中的时间频率,则的关系为;设分别为光波在介质1、介质2中的波长,则的关系为;
若一束光波的电场为,则,光波的偏振状态是振动方向沿y轴的线偏振光;光波的传播方向是z轴方向;振幅是2;频率是Hz;空间周期是m;光速是m/s;
已知为波长的He-Ne激光在真空中的传播速度为s,其频率为;在折射为的透明介质中传播速度v为s,频率为,波长为;
一平面单色光波的圆频率为ω、波矢为,其在真空中的光场E用三角函数表示为,用复数表示为;若单色球面发散光波的圆频率为ω、波矢为,其在真空中的光场E用三角函数表示为,用复数表示为;
一光波的波长为500nm,其传播方向与x轴的夹角为300,与y轴的夹角为600,则其与z轴的夹角为900,其空间频率分别为、1x106m-1、0;
玻璃的折射率为n=,光从空气射向玻璃时的布儒斯特角为________;光从玻璃射向空气时的布儒斯特角为________;
单色自然光从折射率为n1的透明介质1入射到折射率为n2的透明介质2中,在两介质的分界面上,发生现象;的关系为;设分别为光波在介质1、介质2中的时间频率,则的关系为;设分别为光波在介质1、介质2中的波长,则的关系为;
选择题
与描述的是C传播的光波;
;;
;;
光波的能流密度正比于B;
.,与无关D.,与E无关
在麦克斯韦方程组中,描述法拉第电磁感应定律的方程是:C;
A.;B.;C.;D.
若某波长的光在某介质的相对介电常数为,相对磁导率为,则该光在该介质中的折射率为B;
A.;B.;C.;D.
某种透明媒质对于空气的临界角指全反射等于45°,光从空气射向此媒质时的布儒斯特角是D;
°;°°;°
在麦克斯韦方程组中,说明磁场是无源场的方程是:B;
A.;B.;C.;D.
若某波长的光在某介质的介电常数为,磁导率为,则该光在该介质中的传播速度为A;
A.;B.;C.;D.
在介质1和2的分界面上法线表示为,若无面电荷和面电流,下列关系正确的是B;
A.;B.;C.;D.
全反射时,在折射率小的介质中的电场;B;
自然光在界面发生反射和折射,当反射光为线偏振光时,折射光与反射光的夹角必为;D
.
当光波在两种不同介质中的振幅相等时,D;
光从折射率小介质中正入射到折射率大的介质表面时,相对于入射光的电场和磁场,反射光的C;
,,磁场有相位突变
在相同时间内,同一单色光在空气和在玻璃中C;
,走过的光程相等;
,走过的光程不相等;
,走过的光程相等;
,走过的光程不相等;
光在界面发生反射和透射,对于入射光、反射光和透射光,不变的量是D;
;
.,与无关D.,与E无关
名词解释
半波损失:在小角度入射1分或掠入射1分两种情况下,光波由折射率小的媒质光疏媒质进入折射率大的媒质光密媒质时,反射光和入射光的振动方向相反,这种现象通常称为“半波损失”;1分
全反射:光从光密介质入射到光疏介质,并且当入射角大于临界角时,在两个不同介质的分界面上,入射光全部返回到原介质中的现象,就叫全反射;
折射定律:①折射光位于由入射光和法线所确定的平面内;②折射光与入射光分居在法线的两侧;③折射角与入射角满足:;
坡印亭矢量34、辐射强度矢量:它表示单位时间内,通过垂直于传播方向的,单位面积的电磁能量的大小;它的方向代表的是能量流动的方向,;
发光强度:辐射强度矢量的时间平均值;
反射定律:①反射光线位于由入射光线和法线所确定的平面内;②反射光线和入射光线位于法线两侧;③反射角与入射角绝对值相等,符号相反,即;
相速度:等相面的传播速度;
群速度:振幅恒值点的移动速度;
简答题
电磁场波动方程的数学表示式
电场的波动方程:;磁场的波动方程:
平面波、球面波、柱面波的一般式
平面波:;球面波:;
柱面波:
电磁波是如何相互激发产生的
变化的电场产生交变的磁场,交变的磁场产生变化的电场,从而,电场和磁场相互激发,以一定的速度由近及远传播开来就形成了电磁波;
原子发光特点
①实际原子发出的是一段儿一段儿有限大的波列;②振幅在持续时间内保持不变或变化缓慢;③前后波列之间没有固定的相位关系;④各个波列的振动方向不同;
平面电磁波性质
①平面电磁波是横波②,并且构成右手螺旋系③和同相位
各向同性均匀介质的物质方程表示式及各个物理量的意义
——电导率;——介电常数;——磁导率
微分形式的麦克斯韦方程组及各物理量的意义
——电感强度;——磁感强度;
——电场强度;——磁场强度;
——自由电荷体密度;
——传导电流密度;——位移电流密度;
何为平面波写出真空中波长为500nm振幅为2的单色平面波的表达式;6分
答:等相面为平面的简谐波为平面波;
画出菲涅耳曲线,并由图分析反射光和透射光的位相变化;光由光疏进入光密媒质
解:菲涅耳曲线如下图所示
t∥,t⊥在入射角θ1为任何角度时均大于0,说明透射光的相位与入射光相位相同,既无相位变化;1分r⊥<0说明反射光的垂直分量与入射光的垂直分量相位差π;1分θ1<θB时r∥>0说明反射光的平行分量无相位变化,θ1>θB时r∥<0说明反射光的平行分量与入射光的平行分量相位差π;1分
波长为、振幅为A的平面波以角入射到镜面,忽略反射引起的位相变化,求
x轴上的复振幅分布
y
x
第二题用图
0
x轴上,是入射光与反射光的kx分量的同向叠加;
Ex=Asinexpiksinx+Asinexpiksinx=2Asinexpiksinx,k=2/;
y轴上的复振幅分布
y轴上,是入射光与反射光的ky分量的反向叠加;
Ey=Acosexp-ikcosy+Acosexpikcosy=2Acoscoskcosy
一观察者站在水池边观看从水面反射来的太阳光,若以太阳光为自然光,则观察者所看到的反射光是自然光,线偏振光还是部分偏振光它与太阳的位置有什么关系为什么
1当入射角时,反射光为线偏振光,2分因此时
即当时反射光为线偏振光;3分
2当反射光为自然光;3分
3其他角度时,反射光为部分偏振光;2分
光波在介质分界面上的反射特性和透射特性与哪些因素有关
答:与入射光的偏振状态2分、入射角2分和界面两侧介质的折射率2分有关;
光波在介质分界面全透射的条件是什么
答:入射光为光矢量平行于入射面的线偏振光; 3分
入射角等于布儒斯特角B; 3分
光波在分界面的反射和透射特性与哪些因素有关
答:与入射光的偏振状态、入射角和界面两侧介质的折射率比值有关;
产生全反射的条件产生全透射的条件
答:发生全反射的条件:光从光密介质到光疏,入射角大于或等于全反射临界角n1>n2,1c,;
发生全透射的条件:入射光为光矢量平行于入射面的线偏振光,入射角等于布儒斯特角
B;
光波从光密介质入射到光疏介质出现透射系数大于1,这是否与能量守恒不相符合如何解释
答:透射系数大于1不与能量守恒相矛盾;
反映能量关系的是透射率,由透射率表达式可知:即使透射系数大于1,其透射率也不能大于1;
解释“半波损失”和“附加光程差”;
答:半波损失是光在界面反射时,在入射点处反射光相对于入射光的相位突变,对应的光程为半个波长;
附加光程差是光在两界面分别反射时,由于两界面的物理性质不同一界面为光密到光疏,而另一界面为光疏到光密;或相相反的情形使两光的反射系数反号,在两反射光中引入的附加相位突变,对应的附加光程差也为半个波长;
研究时谐均匀平面波的意义;
答:时谐均匀平面波的数学描述简单,又能反映光波的基本特征;
时谐均匀平面波作为描述光波的基本波型,复杂光波可由不同均匀平面波叠加而成;
为什么常用复振幅表示简谐波
讨论电磁波在两种介质分界面上的折反射性质时,为什么要分析、并且只分析平行分量和垂直分量
界面上透射率是否等于透射系数的平方为什么
光波的叠加
选择题
某束光的波函数表示为:,若式中的不恒定,则该光可能是部分偏振光或非偏振或自然光光;若为的整数倍时,该光为线偏振光;若为的奇数倍且满足条件时,该光为圆偏振光;若,则为左旋圆偏振光;
光强均为的两同频、同振动方向波叠加,波长为,至叠加点的光程差为,则其相位差为,叠加光强为,其条纹对比度为1;
光的干涉
填空题
两束光和干涉,只有满足频率相等、相位差恒定、偏振方向不垂直条件,才能获得稳定的干涉条纹;当位相差等于的整数倍或的偶数倍时,干涉强度取极大值;当位相差等于的奇数倍时,干涉强度取极小值;
光的干涉现象是两光波相遇时,在相遇区域内出现稳定的明暗条纹光强强弱分布;出现此现象要求的条件是频率相同、振动方向基本相同和观察时间内相位差恒定;
在实验室中获得相干光波的方法有分振幅、分波面、分振动面等三种,杨氏双缝干涉属于分波面,迈克耳孙干涉属于分振幅;
如图所示,左图是干涉法检查平面示意图,右图是得到的干涉图样,则干涉图中条纹弯曲处的凹凸情况是_________;填“上凸”或“下凹”
e
n1
n2
n3
如图所示,平行单色光垂直照射到薄膜上,经上下两表面
反射的两束光发生干涉,若薄膜的厚度为e,并且n1>n2>n3,
1为入射光在折射率为n1的媒质中的波长,则两束反射光在
相遇点的位相差为 ;
在双缝杨氏干涉实验中,两缝分别被折射率为n1和n2的透明薄膜遮盖,二者的厚度均为e;波长为的平行单色光垂直照射到双缝上,在屏中央处,两束相干光的相位差为_________;
如图所示,左图是干涉法检查平面示意图,右图是得到的干涉图样,则干涉图中条纹弯曲处的凹凸情况是_________;
选择题
在迈克耳孙干涉仪的一条光路中,放入一折射率为n、厚度为d的透明薄片后,这条光路的光程改变量为A;
A2n-1dB2ndC2n-1d+/2Dnd
等倾干涉条纹和牛顿环都是明暗相间的同心圆环,C;
A两者都是中心部分圆环的干涉级次大
B两者都是边缘部分圆环的干涉级次大
C前者中心部分圆环的干涉级次大,后者边缘部分圆环的干涉级次大
D前者边缘部分圆环的干涉级次大,后者中心部分圆环的干涉级次大
关于光的空间相干性,下列说法不正确的是D;
A光场的空间相干性来源于普通扩展光源不同部分发出的光的不相干性
B普通光源的空间扩展越大,其光场的空间相干范围越小
C光的空间相干性反映了光波场的横向相干性
D空间相干性与光波的波列长度有关
一束光射入两面平行的玻璃,在分析其反射光干涉时需要考虑多光束干涉的是:D
入射光较强时;;;;
下列装置利用了多光束干涉原理的是B;
;—珀罗干涉仪;;;
平行平板多光束干涉与双光束干涉条纹的异同表现在C;
;,条纹位置不同;
,条纹位置相同;;
F-P腔反射率R增加时,其分辨能力D;
;;;;
平行平板的等倾干涉图样定域在A;
关于光的空间相干性,下列说法不正确的是;D;
,其光场的空间相干范围越小
关于光的时间相干性,下列说法不正确的是;B;
,其光场的时间相干性越好
单色平行光垂直照射在薄膜上,经上下两表面反射的两束光发生干涉,若薄膜的厚度为h,且n1<n2>n3,λ1为入射光在n1中的波长,则两束反射光的光程差为;C;
+++
如图所示,一光学平板玻璃A与待测工件B之间形成空气劈尖,用波长的单色光垂直照射,看到的反射光的干涉条纹如图所示,有些条纹弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切,则工件的上表面缺陷是B;
,最大高度为500
,最大高度为250
,最大深度为500
,最大深度为250
平行平板的等倾干涉图样定域在A;
在白光入射的等倾干涉中,同级圆环中相应于颜色紫到红的空间位置是A;
在白炽光入射的牛顿环中,同级圆环中相应于颜色兰到红的空间位置是B;
在对称平板双光束干涉中,无论是还是,两反射光束间的附加相位突变总是A;
把一平凸透镜放在平玻璃上构成牛顿环装置,当平凸透镜慢慢地向上平移时,由反射光形成的牛顿环B;
,,环心呈明暗交替变化
,,条纹间隔变大
牛顿环中,最接近中心环的色散B;
等倾干涉条纹和牛顿环都是明暗相间的同心圆环, C ;
A 两者都是中心部分圆环的干涉级次大
B 两者都是边缘部分圆环的干涉级次大
C 前者中心部分圆环的干涉级次大,后者边缘部分圆环的干涉级次大
D 前者边缘部分圆环的干涉级次大,后者中心部分圆环的干涉级次大
对于单层光学薄膜,增透膜和增反膜的光学厚度C;
.
在迈克耳孙干涉仪的一条光路中,放入一折射率为n、厚度为d的透明薄片后,这条光路的光程改变量为A;
A 2n-1dB 2ndC 2n-1d+/2D nd
在迈克耳孙干涉仪的一支光路中,放入一片折射率为n的透明介质薄膜后,测出两束光的光程差的改变量为一个波长,则薄膜的厚度是D;
ABCD
关于光的空间相干性,下列说法不正确的是D;
,其光场的空间相干范围越小
关于光的时间相干性,下列说法不正确的是B;
,其光场的时间相干性越好
由A、B两只结构相同的激光器发出的激光具非常相近的强度、波长及偏振方向,这两束激光C;
等倾干涉图样中心圆环B;
,,色散最强
,色散最强
名词解释
相干时间:
⑴光源发出的一个光波列所用的平均时间;⑵指光源发出的光波列被一分为二再合二为一时能产生干涉的最大时间差答对1,2个中的一个即可2分;⑶相干时间越大,单色性越好;1分
相干长度:
⑴指光源发出的光波列的平均长度;⑵光源发出的光波列被一分为二,再合二为一时能产生干涉的最大光称差答对1,2中的一个即可2分;⑶是光源单色性的标志1分
惠更斯——菲涅耳原理:任一时刻,波前上的每一点都可看成是新的子波波源,下一时刻的波前就是这些子波的公切面包络面;1分后来,菲涅耳考虑到惠更斯原理中诸子波既然来自同一波前,它们必定是相干的,因此求出诸子波的干涉效应,也就得出新波前的强度分布了,所以一般把惠更斯原理加干涉原理称为惠更斯——菲涅耳原理;1分
等倾干涉:指薄膜一般板的厚度很小时,均称为薄膜厚度处处相同1分,两光束以各种角度入射时产生的一组干涉条纹2分;
等厚干涉:各相干光均以同样的角度入射于薄膜1分,入射角θo不变1分,改变膜厚度,这时每个干涉条纹对应的是同一个厚度的光干涉的结果;1分
干涉条纹的半宽度:在透射光的情况下,半宽度是指透射光强度下降到其峰值的一半时所对应的位相变化量
半波损失:在小角度入射1分或掠入射1分两种情况下,光波由折射率小的媒质光疏媒质进入折射率大的媒质光密媒质时,反射光和入射光的振动方向相反,这种现象通常称为“半波损失”;1分
相干光束会聚角:对应干涉场上某一点P的两支相干光线的夹角;
干涉孔径角:对于干涉场某一点P的两支相干光线从光源发出时的张角;
光源的临界宽度:条纹对比度刚好下降为0时的光源宽度;
光源的许可宽度:一般认为,当光源宽度不超过其临界宽度的时条纹对比度依然是很好的,我们把此时的光源宽度称为光源的许可宽度;
相干长度:对于光谱宽度为的光源而言,能够发生干涉现象的最大光程差;
干涉:在两个或多个光波叠加的区域,某些点的振动始终加强,另一些点的振动始终减弱,形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象;
横向相干宽度:当光源宽度等于临界宽度时,通过,两点的光不能发生干涉,则称此时的,之间的距离为横向相干宽度;
空间相干性:若通过光波场横方向上两点的光在空间相遇时能够发生干涉,则称通过这两点的光具有空间相干性;
时间相干性:若同一光源在相干时间内不同时刻发出的光,经过不同的路径相遇时能够产生干涉,则称光的这种相干性为时间相干性;
相干时间:我们把光通过波列长度或相干长度所需的时间称为相干时间;
条纹对比度/可见度:它表现了干涉场中某处条纹亮暗反差的程度,其中和分别是所考察位置附近的最大光强和最小光强;
简答题
分波前法和分振幅法的区别及其典型代表
①分波前法,截取的是同一波面的不同部分,再度汇合并且干涉;典型代表:杨氏干涉
②分振幅法,截取的是同一波面的相同部分,再度汇合并且干涉;典型代表:平行平板双光束干涉;
常见的获取相干光波的方法
答:①分波前法:对于波动场截取同一波面的不同部分,再度汇合并且干涉;
②分振幅法:对于波动场截取同一波面的相同部分,再度汇合并且干涉;