光学知识简述

1、光学知识简述第1页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一前 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 激光目录第2页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一3 前言 光的本质-光学历史墨经，成书于公元前43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32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

2、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。第3页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一4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 电磁波第4页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一5波的分类根据传递方式分为：机械波 (也称力学波 ，mechanical wave )电磁波 ( electromagnetic, EM, wave )根据波动的特性分为：横波 ( Transver

3、se Wave )纵波( Longitudinal Wave ) 前言 光的本质-电磁波2第5页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一6横波 ( Transverse Wave )纵波( Longitudinal Wave ) 前言 光的本质-电磁波3第6页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一7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 光波第7页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一8光波的数学表示 前言 光的本质-光波2右手定则第8页，共27页，2022

4、年，5月20日，3点56分，星期一9波段可见光的组成 前言 光的本质-光波3第9页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一10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、现代光学第10页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一11 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D/ 1 衍射现象不明显，定律适用。D/ 1 衍射现象明显，定律不适用。第11页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一12 第一章 几何光学-成立条件21.1 成立条件2. 入

5、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第12页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一13 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。 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。第13页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一14 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。子午焦线弧矢焦线第14页，共27页，2022年，5月20日，3点

6、56分，星期一15 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 基本定理第15页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一16 第一章 几何光学-基本定理2光在非均匀介质中的传播第16页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一17 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：光不能太强第17页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星

7、期一18 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。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第18页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一19 第一章 几何光学-基本定理5光的反射与折射第19页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一20 第一章 几何光学-基本定理6绝对折射率一种介质相对于真空的折射率其中 ，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。20第20页，共27页，2022年，5月20日

8、，3点56分，星期一21 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 第21页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一22 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： 第22页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一23 第一章 几何光学-基本定理9全反射的应用 全

9、反射棱镜 光学纤维第23页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一24 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）第24页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一25 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 = n l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。第25页，共27页，2022年，5月20日，3点56分，星期一26 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