最新CH1光传播全解幻灯片.ppt

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1、CH1光传播全解绪论光学研究范围光学—光现象的科学：光学是物理学的组成部分。它研究的对象是光。研究的内容包括光的本性，光的发射、传播、接收，以及光和物质的相互作用等。光既有波动性也有粒子性，即具有波粒二象性。普朗克常数非常小，一个光子的能量也非常小。一般情况下我们遇到极大数量的光子，明显表现波动性。在光极其弱的情况下，以及光和物质相互作用的某些特殊情况下，其量子特性才会明显地表现出来。认识基于所采用的物理模型不同,光学可分为几何光学和物理光学（波动光学，量子光学）波动光学是主体光学发展历史回顾1.3000年前及更早，埃及、中国使用

2、铜镜;公元前4世纪,在中国和希腊已有关于光学现象的记录:墨翟(公元前468-376)所著<<墨经>>中关于几何光学的八条记载约100年后，欧几里得(Euclid,约前330-275年)宣布反射定律阿拉伯科学家伊本•海赛木《光学》：进一步说明了反射定律（入射光线与反射光线在同一平面内,球面镜、抛物面镜的性质、人眼结构）沈括（公元1031－1095）：直线传播、球面镜成像深入研究2.17世纪几何光学基础已奠定：如费马的最小时间原理，斯涅耳的实验发现折射定律，笛卡尔将此表为正弦形式物理光学的实验研究始于17世纪：格里马耳迪(1618－1

3、663)首次详细描述衍射现象胡克和玻意耳各自独立发现牛顿环，即在白光下薄膜的彩色干涉图样,胡克主张光由振动组成1690年，惠更斯(C.Huygens)在《论光》中阐发了光的波动学说并提出著名的惠更斯原理3.1704年牛顿出版《光学》：棱镜分光(白光为复合光)，牛顿环的生成及色序，牛顿认为光的本性是微粒，并提出光的“侧边”概念，对偏振光的天才猜想。4.19世纪波动学说达到尽善尽美境界1801-1803杨氏双缝实验—干涉条纹菲涅耳：惠更斯-菲涅耳原理成功解释了衍射现象1850年傅科用旋转镜法测定光速，说明光在水中的速度比在空气中小(这

4、是波动光学预言的结果)麦克斯韦和谐优美的方程组及电磁波理论5.19世纪到20世纪：深入研究光与物质相互作用出现的经典理论与黑体辐射能谱间的矛盾—开尔文称为“笼罩在物理学上空的两朵乌云”之一。普朗克1900年提出量子假说1905年爱因斯坦提出光子学说,成功解释光电效应—光子的概念1924年德布罗意提出物质波(每一粒子的运动都与一定的波长相联系),由电子通过金属箔的衍射实验证实20年代中期,薛定谔、海森伯、狄拉克和玻恩等人建立了量子力学—波动性和粒子性在新的形式下得到统一光学与光通信——傅立叶光学——空间滤波、图像识别——光学信息处理

5、——全息学、干涉计量、特征识别、高密度储存、三维显示1935年泽尼克提出了相衬原理；1948年伽柏发明全息术；50年代通讯理论和光学的结合，产生了傅里叶光学——光学信息处理的理论和技术奠定了基础。90年代迅速发展的分数傅里叶光学是傅里叶光学的发展和延拓，为光学信息处理开辟了更广的领域。光学现代进展简介激光：高强度、高相干性全息术得益于激光器的问世通讯、测距、加工、医疗光谱学、激光制导、激光武器、激光热核聚变、非线性光学—介质中的非线性叠加—如倍频、混频、自聚焦等。1960年第一台红宝石激光器的发明是光学发展的一个新里程碑。它是20

6、世纪继原子能、半导体、计算机之后的又一重大发明。计算机延伸了人的大脑，而激光延伸了人的感官，成为探索大自然奥秘的“超级探针”。大量分支和交叉学科的涌现是20世纪现代光学发展的重要标志。薄膜光学、纤维光学（导波光学）、集成光学、激光光谱学、二元光学、瞬态光学、量子光学、原子光学、激光物理、激光化学、激光生物学等等。光和光的传播§1几何光学基本定律1.1几何光学三定律1.2全反射1.3棱镜与色散1.4光的可逆性原理1.1几何光学三定律1、光的直线传播定律：光在均匀媒质里沿直线传播2、光的反射定律和折射定律sini1/sini2=n12

7、(常数)斯涅耳定律n12：第二种媒质相对第一种媒质的折射率,（W，snell,1621）几何光学是以三个实验定律为基础建立的。它是各种光学仪器设计的理论根据。光反射定律和折射定律：（1）反射线与折射线都在入射面内（2）反射角等于入射角（3）折射角与入射角正弦之比与入射角无关，是一个与媒质和光的波长有关的常数绝对折射率：任何媒质相对于真空的折射率称为该媒质的绝对折射率。相对折射率：第二种媒质相对第一种媒质的折射率n12=n2/n1因为n12=n2/n1,因此对斯涅耳定律还可写成如下形式：n1sini1=n2sini2光密媒质：折射率

8、较大的媒质称光密媒质光疏媒质：折射率较小的媒质称光疏媒质在点光源的照射下，在不透明的物体背后出现清晰的影子，影子的形状与以光源为中心发出的直线所构成的几何投影形状一致1.物体的影子如果在一暗箱前壁上开一小孔，由物体上各点发出的光线将沿直线通过小孔，