《醫(yī)用物理學(xué)》教學(xué)課件8波動光學(xué)1CATALOGUE目錄波動光學(xué)基本概念與原理干涉儀原理及應(yīng)用舉例衍射技術(shù)應(yīng)用與拓展偏振光性質(zhì)及其在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用波動光學(xué)在醫(yī)學(xué)成像技術(shù)中應(yīng)用總結(jié)回顧與拓展延伸201波動光學(xué)基本概念與原理3電磁波的基本屬性在光波中得以體現(xiàn)，涵蓋了電場與磁場的波動特性及傳播速率等方面。光波是一種電磁波描述光波的物理量光波的波動方程光波可以用振幅、頻率、波長、波速等物理量來描述。波動方程揭示了光波在空間傳播的機理，構(gòu)成了波動光學(xué)的基礎(chǔ)理論。030201光波性質(zhì)及描述方法4干涉現(xiàn)象01在空間某一點，當(dāng)兩束或更多束相干光波相遇并疊加，它們的振幅將相加，導(dǎo)致光強與振幅的平方成比例。若疊加后的光強超出或低于單束光的光強，則出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。干涉條件02干涉現(xiàn)象的出現(xiàn)需要滿足特定的條件，這涉及光源的相干性、光程差異和觀察屏的布局等因素。干涉的應(yīng)用03干涉現(xiàn)象在光學(xué)測量、光學(xué)表面檢測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。干涉現(xiàn)象及其條件5當(dāng)光波在傳播路徑上遭遇障礙或細(xì)小孔洞時，其直線傳播方向會發(fā)生改變，呈現(xiàn)出彎曲，這種現(xiàn)象稱作衍射。衍射現(xiàn)象依據(jù)衍射發(fā)生的條件差異，衍射可被劃分為菲涅爾衍射以及夫瑯禾費衍射兩大類別。衍射的分類衍射現(xiàn)象在光譜分析、光學(xué)儀器設(shè)計等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。衍射的應(yīng)用衍射現(xiàn)象及其分類6偏振現(xiàn)象光波在傳播過程中，電場矢量的振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性稱為偏振。偏振光可以分為線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光等類型。雙折射現(xiàn)象光波穿過特定晶體時，會分離成振動方向各異的兩個光束，傳播速度也各不相同，此現(xiàn)象稱為雙折射。偏振與雙折射的應(yīng)用偏振及雙折射效應(yīng)在光學(xué)設(shè)備、光通訊和生物醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。比如，通過偏振光的特性，我們能制造出偏振片和偏振濾光片等光學(xué)部件；而雙折射現(xiàn)象則被用來制作分光儀和偏振棱鏡等光學(xué)儀器。偏振現(xiàn)象與雙折射702干涉儀原理及應(yīng)用舉例8

楊氏雙縫干涉實驗實驗原理利用雙縫將單色光源分隔，從而形成相干光源，并在屏幕上呈現(xiàn)出明暗交替的干涉條紋。實驗裝置包括單色光源、雙縫裝置、屏幕等。數(shù)據(jù)分析測量干涉條紋間距，計算光源波長等物理量。9光在薄膜上下表面反射后形成相干光，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。薄膜干涉原理彩色條紋，如肥皂泡和水面油膜所呈現(xiàn)，以及光學(xué)鏡頭表面的增透膜。應(yīng)用舉例通過觀察干涉條紋的特征，我們能夠評估薄膜的厚度和折射率等物理特性。數(shù)據(jù)分析薄膜干涉原理及應(yīng)用10實驗裝置包括平行單色光源、凸透鏡、屏幕等。實驗原理當(dāng)單一顏色的平行光線正對凸透鏡照射時，經(jīng)過透鏡反射產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象將形成環(huán)繞中心的圓形干涉環(huán)。數(shù)據(jù)分析通過測定牛頓環(huán)的直徑與間隔，進(jìn)而推算出透鏡的曲率半徑及表面反射的相位變化等物理參數(shù)。牛頓環(huán)實驗分析11包括分束器、反射鏡、補償板、屏幕等部分。結(jié)構(gòu)組成光線通過分束器被分成兩股，隨后這兩股光線分別被反射鏡反射并最終重新匯聚，由此產(chǎn)生干涉效果。通過改變反射鏡的擺放和傾斜度，可以觀察到不同的干涉圖樣。工作原理測量光學(xué)表面反射相移、測量氣體折射率等。應(yīng)用舉例邁克耳孫干涉儀結(jié)構(gòu)和工作原理1203衍射技術(shù)應(yīng)用與拓展13衍射現(xiàn)象的基本概念單縫衍射實驗原理衍射條紋的特點衍射規(guī)律的應(yīng)用單縫衍射規(guī)律探討波在越過障礙或狹空間時，路徑發(fā)生改變，不再沿直線傳播的現(xiàn)象。中心條紋最為明亮，向兩側(cè)條紋逐漸減弱，并且不同級數(shù)的條紋間距各異。通過單縫的光波發(fā)生衍射，形成明暗相間的衍射條紋。用于測量狹縫寬度、光波波長等物理量。14圓孔衍射實驗原理光波通過圓孔時發(fā)生的衍射現(xiàn)象。衍射圖樣的特點在屏上形成明暗相間的圓環(huán)狀衍射圖樣，中心處為亮斑。衍射規(guī)律的應(yīng)用用于測量圓孔直徑、光波波長等物理量，以及研究光的波動性質(zhì)。圓孔衍射特點分析15123晶體對X射線等電磁波產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象。晶體衍射基本概念通過晶體衍射原理研制X射線衍射儀，該儀器應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的X射線成像診斷與治療技術(shù)。晶體衍射在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用具有高清畫質(zhì)、無損成像等特點，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)。晶體衍射技術(shù)的優(yōu)勢晶體衍射在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用16010203X射線衍射基本概念X射線在物質(zhì)中的衍射現(xiàn)象。X射線衍射在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用對生物大分子進(jìn)行研究，包括蛋白質(zhì)、DNA等，以揭示其結(jié)構(gòu)和功能；在藥物設(shè)計與研發(fā)階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；在醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，如CT中，應(yīng)用其進(jìn)行診斷。X射線衍射技術(shù)的優(yōu)勢該設(shè)備具備卓越的穿透能力和清晰的高分辨率，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域占據(jù)關(guān)鍵位置。X射線衍射在生物醫(yī)學(xué)中作用1704偏振光性質(zhì)及其在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用18利用特定的偏振元件，包括偏振鏡和波片等，可以將普通光轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆狻Ｆ窆猱a(chǎn)生通過偏振元件對光的偏振特性進(jìn)行測量，包括使用偏振片旋轉(zhuǎn)技術(shù)、遵循馬呂斯定律等方法。檢測方法偏振光產(chǎn)生和檢測方法19生物組織對偏振光的吸收和散射特性生物組織的偏振光吸收與散射特性各異，這有助于分辨出不同的組織種類。生物組織雙折射現(xiàn)象生物組織具備雙重折射特性，光在其內(nèi)部傳播時會分化為速度不同的兩束偏振光線，這一性質(zhì)有助于我們探究組織構(gòu)造與功能。生物組織對偏振光響應(yīng)特性20采用偏振光手段對角膜曲面與形態(tài)進(jìn)行檢測，以判斷角膜的健康狀態(tài)。角膜地形圖檢查利用偏振光眼底成像技術(shù)對視網(wǎng)膜病變進(jìn)行檢查，以輔助對視網(wǎng)膜疾病的診斷。視網(wǎng)膜病變檢測眼科檢查中偏振光技術(shù)應(yīng)用21通過特定波長的偏振光照射肌膚，激發(fā)光生物調(diào)節(jié)效果，加速肌膚新陳代謝與細(xì)胞更新。適用于不同類型的皮膚狀況，包括痤瘡和銀屑病，具備抗炎、緩解疼痛和加速恢復(fù)等功能。皮膚科治療中偏振光照射療法適應(yīng)癥與療效偏振光照射治療原理2205波動光學(xué)在醫(yī)學(xué)成像技術(shù)中應(yīng)用2303OCT在皮膚科應(yīng)用通過掃描皮膚表層和深層組織，實現(xiàn)皮膚癌、色素痣等病變的診斷與跟蹤觀察。01OCT技術(shù)原理通過弱相干光干涉技術(shù)，實現(xiàn)對生物組織進(jìn)行高精度、無需接觸的層析掃描。02OCT在眼科應(yīng)用用于視網(wǎng)膜、角膜等眼部結(jié)構(gòu)的高分辨率成像，輔助診斷眼底病變、青光眼等疾病。相干光斷層掃描（OCT）技術(shù)24OCM在神經(jīng)科學(xué)應(yīng)用用于觀察神經(jīng)元和神經(jīng)突觸的結(jié)構(gòu)和功能，研究神經(jīng)退行性疾病的病理機制。OCM在腫瘤學(xué)應(yīng)用對腫瘤組織進(jìn)行高分辨率成像，輔助腫瘤的早期診斷、治療和預(yù)后評估。OCM技術(shù)原理結(jié)合共焦顯微鏡和OCT技術(shù)，實現(xiàn)生物組織的高分辨率三維成像。光學(xué)相干顯微鏡（OCM）技術(shù)25多光子激發(fā)熒光成像通過多光子吸收原理激發(fā)熒光材料，達(dá)到生物組織的高清晰度熒光成像，有助于研究細(xì)胞的代謝活動和基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。二次諧波生成（SHG）成像通過非線性光學(xué)效應(yīng)生成二次諧波信號，實現(xiàn)對生物組織形態(tài)及功能的成像，旨在探究膠原蛋白、肌肉等組織的生理及病理變化。非線性光學(xué)成像在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用26光學(xué)與MRI融合成像結(jié)合光學(xué)成像的高靈敏度和MRI的高空間分辨率，為生物醫(yī)學(xué)研究帶來更為詳實的信息。多模態(tài)融合成像在精準(zhǔn)醫(yī)療中的應(yīng)用借助多模態(tài)成像融合技術(shù)，我們助力疾病精準(zhǔn)診斷、定制化治療及療效預(yù)測。光學(xué)與超聲融合成像結(jié)合光學(xué)成像的高分辨率和超聲成像的深穿透力，實現(xiàn)生物組織的全面、準(zhǔn)確成像。多模態(tài)融合成像技術(shù)發(fā)展趨勢2706總結(jié)回顧與拓展延伸28光波性質(zhì)、光的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象及其原理。波動光學(xué)基本概念楊氏雙縫干涉、薄膜干涉等實驗原理、裝置及應(yīng)用。光的干涉原理及應(yīng)用單縫衍射、圓孔衍射等現(xiàn)象，衍射光柵及其應(yīng)用。光的衍射原理及應(yīng)用自然光與偏振光概念，偏振片、波片等光學(xué)元件原理及應(yīng)用。光的偏振原理及應(yīng)用關(guān)鍵知識點總結(jié)回顧29光子晶體的生產(chǎn)過程、特點及其潛在應(yīng)用領(lǐng)域，以及光子集成技術(shù)所面臨的問題和機遇。光子晶體與光子集成技術(shù)超分辨顯微成像技術(shù)光學(xué)操控與微納光子學(xué)器件量子光學(xué)與量子信息技術(shù)超分辨熒光顯微成像原理、技術(shù)進(jìn)展及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。光鑷技術(shù)、光學(xué)渦旋等光學(xué)操控方法，微納光子學(xué)器件的制備與應(yīng)用。量子糾纏態(tài)光子發(fā)射器、量子密碼分配技術(shù)等量子光學(xué)的理論基礎(chǔ)、進(jìn)程與潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。新型波動光學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢預(yù)測30光學(xué)成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)診斷與治療中的應(yīng)用及創(chuàng)