第三章-光学性能ppt课件.ppt

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1、第三章　光学性能第一节　光传播的基本理论第二节　光的反射和折射第三节　材料对光的吸收和色散第四节　晶体的双折射和二向色性第五节　介质的光散射第六节　材料的光发射第七节　材料的受激辐射和激光孔雀蓝色玻璃长颈瓶神光I装置（2×1012）(1986～1994年)新型光学和光电子器件的各种应用第一节　光传播的基本理论一、光的波粒二象性二、光的波动性三、光的干涉和衍射四、光子的能量和动量五、光通过固体的现象一、光的波粒二象性因斯坦理论中的光量子(光子)不同于牛顿微粒学说中的粒子。他将光子的能量、动量等表征粒子性质的物理量与频率、波长等表征波动性质的物理量联系起来

2、，并建立了定量关系。因此光子是同时具有微粒和波动两种属性的特殊物质，是光的双重本性的统一。二、光的波动性图3-1　电磁波谱二、光的波动性图3-2　线偏振光波中的电振动、磁振动及光传播方向三、光的干涉和衍射图3-3　激光的双缝干涉实验三、光的干涉和衍射图3-4　激光狭缝衍射实验四、光子的能量和动量光子的能量和动量虽小，却不能再分割。最微弱的光源至少发射一个光子。按照波动观点，一个点光源所发射的光波会均匀照亮以其为中心的球面。如果在球面上安装了许多探测器，而点光源在某一时刻只发射一个光子，那么光子将射向哪个探测器呢?我们不能作确切的回答。但是，有一点很清楚

3、，即光子是不可分的。只要有一个探测器接收到光子，其他探测器就一定没有接收到。五、光通过固体的现象1.电子极化　电磁辐射的电场分量，在可见光频率范围内，电场分量与传播过程中的每个原子发生作用，引起电子极化，即造成电子云和原子核电荷重心发生相对位移。2.电子能态转变　光子被吸收和发射，都可能涉及固体材料中电子能态的转变。五、光通过固体的现象图3-5　光子与固体介质的作用光速与真空中的电导率ε0和导磁率μ0的关系：光子（Photon）的能量：光速与波长λ和频率ν的关系：光色波长(nm)频率(Hz)中心波长(nm)红760~6223.9×1014～4.8×10

4、14660橙622~5974.8×1014～5.0×1014610黄597~5775.0×1014～5.4×1014570绿577~4925.4×1014～6.1×1014540青492~4706.1×1014～6.4×1014480兰470~4556.4×1014～6.6×1014460紫455~4006.6×1014～7.5×1014430人眼最为敏感的光是黄绿光，即555nm附近。可见光七彩颜色的波长和频率范围①光在均匀介质中的直线传播定律；②光通过两种介质的分界面时的反射定律和折射定律；③光的独立传播定律和光路可逆性原理。反射定律指出，反射线的

5、方向遵从：①反射线和入射线位于同一平面（即入射面）内，并分别处在法线的两侧；②反射角等于入射角。第二节　光的反射和折射折射定律指出，折射线的方向满足：①折射线位于入射面内，并和入射线分别处在法线的两侧；②对单色光而言，入射角i的正弦和折射角r的正弦之比是一个常数，即sini/sinr=n2/n1=n21n21称为第二介质相对于第一介质的相对折射率。它与光波的波长及界面两侧介质的性质有关，而与入射角无关。如果第一介质为真空，则上式可写为sini/sinr=n2式中n2为第一介质相对于真空的相对折射率，或第二介质的绝对折射率，简称折射率。n=v真空/v材料

6、=c/v材料介质的折射率永远是大于1的正数。如空气n=1.003，固体氧化物n=1.3～2.7，硅酸盐玻璃n=1.5~1.9。折射率n的定义：光在真空和材料中的速度之比即为材料的折射率。n1n2i1入射束i2折射束入射角、折射角、材料的折射率、光在材料中的传播速度有下述关系：材料的折射率从本质上讲，反映了材料的电磁结构（对非铁磁介质主要是电结构）在光波作用下的极化性质或介电特性。材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。光密介质：折射率大的介质，光的传播速度慢；光疏介质：折射率小的介质，光的传播速度快。影响折射率的因素构成材料元素的离子半径一般大离

7、子得到高折射率的材料，小离子得到低折射率的材料，如：PbS的n=3.912SiCl4n=1.412材料的结构、晶型和非晶态折射率和离子的排列密切相关均质介质：对于非晶态（无定性体）和立方晶体各方向同性材料，光速不因传播方向改变而变化，材料只存在一个折射率。非均质介质：除立方晶体外的晶体，光进入后分为两相垂直而传播速度不同的两个波，构成两条折射光线，此现象称为双折射。平行于入射面的光线折射率称为常光折射率no，始终为一常数，不随入射方向而改变；另一与之垂直的光线的折射率为非常光折射率ne，随入射方向改变。如石英no=1.543，ne=1.552方解石no

8、=1.658，ne=1.486刚玉no=1.760.，ne=1.768材料所受的内应力有内应力