光学知识简述(一)5.11

光学知识简述（一）•前言光的本质•第一章几何光学•第二章物理光学•第三章光电效应•第四章激光目录3前言光的本质-光学历史《墨经》，成书于公元前4~3世纪，其中已有对于小孔成象、镜面反射的描述，其中已包含了光线及其沿直线传播思想，但没有对光的本质进行深入的思考。《光学》，前3~2世纪，欧几里得著，已指出光在平面上反射时，入射角等于反射角。其后研究了光的折射等成像规律，并制成各种光学元件。1672年，牛顿分光实验，白光中包含不同颜色的光。1678年，惠更斯提出波动说。1704年，牛顿提出微粒说。1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。4–概念：–振动在空间的传播形成了波。在水面波中，发生振动着的是水分子的位移矢量。–波动（wave）是一种传递振动、传递能量但不传送质量的运动形式。前言光的本质-电磁波10.1电磁波5–波的分类–根据传递方式分为：–机械波(也称力学波，mechanicalwave)–电磁波(electromagnetic,EM,wave)–根据波动的特性分为：–横波(TransverseWave)–纵波(LongitudinalWave)前言光的本质-电磁波26–横波(TransverseWave)–纵波(LongitudinalWave)前言光的本质-电磁波37定义：长期以来的科学理论和实验证实，光是一种频率极高的电磁波。以可见光为例，其频率在赫兹（Hz）。前言光的本质-光波10.2光波8–光波的数学表示前言光的本质-光波2右手定则9–波段–可见光的组成前言光的本质-光波310前言光的本质-光学的分类1、几何光学2、波动光学3、量子光学4、现代光学11第一章几何光学-成立条件11.1成立条件1.被研究对象(如狭缝,小孔,透镜口径,挡光屏等)的几何尺寸D远大于入射光波波长λD/λ1衍射现象不明显，定律适用。D/λ~1衍射现象明显，定律不适用。12第一章几何光学-成立条件21.1成立条件2.入射光强不太强在强光作用下可能会出现新的光学现象。注意：几何光学的基本实验定律有一定的近似性、局限性。强光折射引起自聚焦13第一章几何光学-光线的表示11.2光线的表示13光线：光能量的传播方向的几何线。S理想模型：不是细光束均匀各向同性介质：直线非均匀介质：曲线这一章是研究光在均匀介质中的传播和成像问题。14第一章几何光学-光线的表示2光束与波面典型有：平行光束、同心光束（会聚或发散）和象散光束。子午焦线弧矢焦线15第一章几何光学-基本定理1直线传播定理：光在均匀介质中沿直线路经行进。(忽略衍射现象)1.3基本定理16第一章几何光学-基本定理2光在非均匀介质中的传播17第一章几何光学-基本定理3光的独立传播定律：以不同的途径传播的光同时在空间某点通过时，彼此互不影响，各路光好像其他光线不存在似地独立传播。而在各路光相遇处，其光强度是简单地相加，总是增强的。(忽略干涉现象)注意：光不能太强18第一章几何光学-基本定理4反射与折射定律反射定理：光线在两种介质的分界面上发生反射，反射角等于入射角。1122sinsininin斯涅耳公式折射定理：光线在两种介质的分界面上发生折射，折射角与入射角满足关系II19第一章几何光学-基本定理5光的反射与折射20第一章几何光学-基本定理6绝对折射率vcrinsinsin一种介质相对于真空的折射率vcn/其中，折射率不仅与介质有关，还与光的频率有关。称为绝对折射率，简称折射率。根据折射率大小，介质可分为光密介质和光疏介质。2021第一章几何光学-基本定理7介质折射率介质折射率金刚石2.42水1.33玻璃1.50~1.75酒精1.36水晶1.54~1.56乙醚1.35岩盐1.54水蒸气1.026冰1.31空气1.0003几种介质的折射率22第一章几何光学-基本定理8全反射定理：当光线从光密介质入射到光疏介质中，当入射角大于一定值，光线全部返回光密介质中，返回光线遵循反射定理。入射角称临界角：nC190sinsin23第一章几何光学-基本定理9全反射的应用全反射棱镜光学纤维24第一章几何光学-基本定理10光路可逆定理光线传播的可逆性·令CO为入射光线，则OA为反射光线（反射定律）·令BO为入射光线，则OA为折射光线（折射定律）由此说明光的传播是可逆的，即光路的可逆性。（3）25第一章几何光学-基本定理11费马定理光程：介质折射率n和光线在介质内传播的距离l的乘积。〔l〕=nl光程的概念可理解为：光在介质中通过真实路程所需时间内，在真空中所能传播的距离。光在不同的介质中，相同的时间内传播的几何路程不同，但光程相同。26第一章几何光学-基本定理12费马定理：光从空间的一点到另一点，是延光程极值的路径传播的；或者说，光线延光程的极大、极小或常量路径传播。费马原理的表述费马用光程的概念把几何光学的基本定律归结为一个统一的基本原理，是基本定律的普遍表述。它可以从总体上确定不考虑衍射时，光线行进的路径。它是几何光学的最基本的定律，上述的几个定律皆由此导出。27谢谢！