• 1.根据波列列传播的路路径求出光程，可得到波前（即接收屏 幕）上的波前函数的相位
• 2.根据光程差确定干干涉相⻓长或干干涉相消的条件，这一一方方法 适用用于光源位置确定的情况
• 3.根据相位差确定干干涉相⻓长或干干涉相消的条件，这一一方方法 适用用于平面面波的情况
• 4.对于有反射的情形，要考虑是否存在半波损失 • 5.针对具体的干干涉装置，有不不同的相位差或光程差表达式
光波场的时空相干干性
• 空间相干干性：光源扩展导致的干干涉条纹消失。 接收屏上条纹全部消失
• 空间相干干性的反比比关系 • 时间相干干性：非非单色色性导致干干涉条纹消失。
接收屏上仅有部分干干涉条纹 • 波包的⻓长度与相干干⻓长度、相干干时间 • 时间相干干性的反比比关系
光的衍射
• 1.波前上连续分布次波中心心发出次波的相干干叠加
eikLn
衍射光栅的波前函数
Ln = Ln−1 + dn sinθ
Ln−1 Ln θ Ln+1
∑ a N n=1 n
sin un un
eikLn
∑ = eikL1
a N
n=1 n
sin un un
eik ΔLn
周期性光栅的衍射光谱
• 1.实际上主要是由缝间干干涉所决定的 • 2.光栅方方程所反映的就是缝间干干涉主极大大
光波的叠加原理理
• 1.本质是电场强度（当然也包括磁感应强度） 瞬时值的叠加，表现结果是合振动的振幅分布 （光强）
• 2.相干干叠加与非非相干干叠加 • 3.相干干条件与相干干性 • 4.分立立的波列列，直接求和，归类于光的干干涉； • 5.连续分布的次波中心心发出的波列列，计算积
分，归类于光的衍射
叠加原理理的基本物理理结果
• 1.两列列定态相干干光波的叠加
∫ •
I=1 τ
τ 0
A2dt
=
A12
2.相干干叠加的干干涉项
+
A22 + 2 A1A2 cos Δϕ
2A1 A2 cos Δϕ
• 单色色光的叠加：光学拍
• 非非单色色光的叠加：波包，群速度
• 1. 在晶体中，分为o光、e光
• 2. 双折射晶体的特征参数
• 光轴，主截面面，主平面面
• 3. o光、e光的特性：平面面偏振光
•
Eo⊥o光主平面面，Ee∥e光主平面面
• 4. 晶体中的次波光源，发出的o光是球面面， e光是旋转
椭球面面
• 5. o光的折射率，e光的主折射率
• 6. 单轴晶体双折射的惠更更斯作图法
单元，可以将反射面面作为折射面面的特例例处理理 • 4.光具组：折射面面（包括反射面面）、薄透镜的组合 • 实际处理理上，将透镜作为一一个基本成像单元，由透
镜组成光具组，一一般都是共轴的理理想光具组 • 5.近轴条件：理理想光具组的近似条件
近轴条件下成像的基本关系
• 1.符号约定 • 2.物距、像距、焦距、焦平面面、光焦度 • 3.单个ns折ʹʹ +射ns =球nʹ面r−面n的= Φ物象关sfʹʹ 系+ sf（= 1高高斯公式） • 4.薄透镜的sf物ʹʹ + 象sf =关1 系（xx高ʹ 高=斯ffyʹ公ʹ 式ns、ʹ 牛牛顿公式yʹ） sʹ • 5.横向放大大率 折射面面、透镜 y = − nʹs 反射镜 y = − s • 6.共轭光线：同一一条物方方像方方光线
叠加（相干干） 基本方方法：相干干叠加与非非相干干叠加 相干干叠加：干干涉、衍射 非非相干干叠加：非非相干干光源、光的偏振
电磁波模型
• 1.空间周期性、时间周期性 • 2.定态光波 • 3.相位、振幅、相速度、电矢矢量量（光矢矢量量）、波矢矢、波
面面、波前、波前函数（波函数）、光程差与相位差、 复振幅、光通量量、光强 • 4.波前函数的表达式：余弦式、复振幅式 • 不不同表达式对于相位超前或滞后的描述不不同 • 5.平面面波、球面面波 • 6.傍轴条件、远场条件 • 7.光的偏振态：5种
光的干干涉
• 1.获得相干干光：实际中，光波只与自自己己相干干 • 2.直接应用用光的叠加原理理：根据每一一列列光波
的波前函数的相位分布计算该波前上的光强 分布 • 3.杨氏氏干干涉：看作是两个相干干光源的干干涉 • 因为总是在某一一面面上观察光的干干涉情况，所 以往往对波前函数求和即可
波前函数的相位
晶体光学器器件
• 1.偏振棱镜 • 使o光、e光方方向分开，获得平面面偏振光 • 2.波晶片片 • 使oΔ光L =、Lee光− L波o =面面(n分e −开no，)d产生Δ生ϕ固= 2定λπ 的(ne相− n位o )d延迟 • 快轴，慢轴；快光，慢光 • 3.相位补偿器器 • 产生生任意的相位延迟
Ax Ay
cos(ωt) 相位差为正值，表示超前
cos(ωt + Δϕ)
• 2.各种偏振光的振幅及相位差特征 • 3.偏振光的光强
菲涅耳耳公式
• 反射折射光与入入射光的振动（复振幅）关系 • 可用用以解释半波损失 • 可用用以获得偏振光
衍射光栅的相干干叠加
• 1.光学结构上是多缝，物理理本质上是各条缝的 衍射光之间按光程差的相干干叠加。
偏振光的干干涉
• 从波晶片片出射的光波，是两个正交分量量，有 相位差，但不不相干干
• 再经过偏振片片，成为相干干光 • 相位差包括波片片引起的以及偏振片片取向引起
的 • 干干涉的光强与相位差有关，也与各个元件的
相对取向有关
平行行行光自自然光经过正交偏振片片的干干涉
• 1.偏振片片相互垂直，且与晶体光轴成45o⻆角
d (sinθ ± sinθ0 ) = jλ
• 3.单元衍射因子子调制光强，并产生生缺级
• 4.重要参数：谱线半⻆角宽度，分辨本领，自自
由Δ光θ 谱= N范d λc围osθ
A = λ = jN δλ
λM − λm < λm / j
衍射光栅的高高级内容
• 1. 闪耀光栅 • 衍射主极大大移动，避开无无色色散的0级干干涉 • 常用用的两种照明方方式 • 2. 正弦光栅 • 3. x射线在晶体中的衍射，布拉格方方程
光学总结
几几何光学：实验定律律与成像定理理 波动光学：相干干叠加与非非相干干叠加 变换光学：空间滤波、相衬显微、全息 光与物质的相互作用用：吸收、色色散、散射 光的量量子子性：黑黑体辐射、波粒二二象性、激光
几几何光学
基础：实验定律律，费⻢马原理理 核心心：物像公式
基本方方法：逐次成像 应用用：各种成像仪器器
焦距、光焦度的数学公式
• 单个球面面
Φ
=
nʹ − r
n
f
=
nr nʹ − n
f
ʹ
=
nʹr nʹ − n
•
单f 个= 薄nLr透1− n镜+n
nʹ
− r2
n
L
n =
Φ
fʹ=
nʹ
nL − r1
n
+
nʹ
− nL r2
nʹ =
Φ
Φ
=
Φ1
+
Φ2
=
nL − r1
n
+
nʹ − nL r2
• 多个紧贴的反射面Φ面、= ∑折in=射1Φ面i 面
光的吸收、色色散、散射
• 基本特征，基本规律律 • 吸收定律律 • 色色散的经验公式 • 正常色色散与反常色色散 • 瑞利利散射与米米·德拜散射
像的简单关系
友情提示
• 根据基本的物理理规律律分析成像的过程 • 剩下的都是数学问题，所以要记住基本的公
式 • 需要记住以下公式： • 单球面面的物像公式，单透镜的物像公式，
焦距、光焦度的公式，横向放大大率的公式
波动光学
基础：电磁波理理论 核心心：光波的叠加原理理，光的相干干性 数学处理理：定态光波的数学表示，复振幅的
=
u = π a sinθ λ
1.22 λ D
衍射孔径与分辨极限
• 1.瑞利利判据 δθm ≥ Δθ0
两像点的⻆角距离大大于艾里里里斑的半⻆角宽度
• 2.像分辨本领：衍射的极限
艾里里里斑的半⻆角宽度与孔径和波⻓长有关
光的偏振
• 1.光的5种偏振态，正交分量量间的相位关系
•
⎧⎪Ex
⎨ ⎪⎩
Ey
= =
光的偏振及双折射
• 1.光的5种偏振态，正交分量量间的相位关系
•
⎧⎪Ex
⎨ ⎪⎩
Ey
= =
Ax Ay
cos(ωt) 相位差为正值，表示超前
cos(ωt + Δϕ)
• 2.各种偏振光的获得及鉴定 • 3.偏振光的光强 • 4.偏振光的干干涉：经过偏振片片，电矢矢量量相互
平行行行，进行行行相干干叠加
双折射
实验定律律的要点
• 1.⻆角度关系：入入射光线、反射光线、折射光线的⻆角 度以入入射点处的法线作为基准
• 2.入入射面面：入入射光线与入入界面面法线所确定的唯一一的 平面面为入入射面面；反射光线、折射光线都在入入射面面内
• 3.全反射：在一一定条件下发生生 • 4.光程：光线传播过程与介质有关 • 5.数学处理理：虚光线、虚光程、可以将反射作为折
• 计算法的核心心是由物距求出像距
高高级内容
• 非非近轴系统的阿⻉贝正弦条件与⻬齐明点 • 阿⻉贝正弦条件 ny sin u = nʹyʹsin uʹ
M
• ⻬齐明点
QC
=
nʹ r n
QʹC
=
n nʹ
r
r
Qʹ
Q CH A
nʹ n
光学仪器器
• 光学仪器器就是物镜、目目镜及其组合 • 可看作理理想光具组 • 系统的主要光学参数是⻆角放大大率 • 望远镜的光学参数及其标注 • 显微镜物镜目目镜的光学参数及其标注 • 成像物镜（照相机镜头）的焦距、光阑与成