湖南科技大学光学工程绪论+第一章.pptVIP

《工程光学A 》考试大纲：命题范围，第十二周考试； 考试以闭卷形式进行，占80%，平时作业和课堂考勤占20%。最后总成绩由平时成绩 +考试成绩的总和确定。 光源：辐射光能的物体，或称为发光体。 点光源（抽象）：当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以忽略时，可认为是点光源。 ——如人在地球上观察体积超过太阳的恒星仍认为是一个发光点。 无论是本身发光或是被照明的物体(反射)在研究光的传播时统称为发光体。在讨论光的传播时，常用发光体上某些特定的几何点来代表这个发光体。在几何光学中认为这些特定点为发光点，或称为点光源。 在几何光学中，不把光看做电磁波，而看作为光能量传播方向的几何线，这种几何线称为光线。 在各向同性介质中，光沿着波面法线方向传播，所以可以认为光波波面法线就是几何光学中的光线。 §1.1 几何光学的基本定律 3、光的反射和折射定律——两种介质 c B A I I’ -I” 光在两种各向同性、均匀介质分界面上要发生反射和折射。即一部分光能量反射回原介质，另一部分光能量折射入另一介质。 折射率：一定波长的单色光在真空中的传播速度与它在给定介质中的传播速度之比,n = c/v 相对折射率：当光线从第一介质进入第二介质时，第二介质折射率相对于第一介质折射率之比称为相对折射率。 通常所讲的介质的折射率是介质相对于空气的折射率。 n大 — 光密媒质 n小 — 光疏媒质 相对而言 折射定律： 折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内； 折射角的正弦与入射角的正弦之比与入射角的大小无关，仅取决于两种介质的性质。 c B A I I’ -I” 反射定律： 反射光线位于入射光线和法线所决定的平面； 反射光线和入射光线位于法线两侧，且反射角与入射角绝对值相等，符号相反。 n’= - n 上式也称为斯涅尔（Snell）定律 4、光的全反射： 光线从光密介质射向光疏介质； 入射角大于临界角 。 A 全反射有比一般反射更优越的性能，它几乎无能量的损失。 应用： 全反射棱镜、分划板照明、光导纤维等 用于改变光传播方向并使像上下左右转变。 由反射和折射定律不难看出，光线的传播是可逆的，即光逆向传播时，将沿正向传播的反方向传播。 5、光路的可逆性 二、费马原理 从光程的角度来描述光的传播规律。 （一）光程 在均匀介质中,光程s（或记为[l ]）为光在介质中通过的几何路程 l 与该介质的折射率 n 的乘积： 1. 直接用真空中的光速来计算光在不同介质中通过一定几何路程所需要的时间。 No. 2 ◆ 分层均匀介质: ◆ 连续介质: 2. 光程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路程。 A B （二）费马原理表述与讨论 A B 空间中两点间的实际光线路 径是所经历光程平稳的路径 平稳：当光线以任何方式对该路径有无限小的偏离时， 相应的光程的一阶改变量为零。如果有改变只能是二阶 或二阶以上的无限小量。 换言之：在A、B两点间光线传播的实际路径，与任何 其他可能路径相比其光程为极值，极值为极大或极小或 恒定值。即光线的实际路径上光程变分为零： 两点之间光沿着所需时间为极值的路径传播 * 工程光学 主讲：贾春霞 湖南科技大学物理与电子科学学院 2014年2月23日 12光信息[1-2]班 No. 1 光学学科古老而又年轻，其悠久的历史几乎和人类文明史本身一样久远；近半个世纪以来，特别是激光的出现，使得它又以令人炫目的发展速度、奇迹般层出不穷的研究成果以及所蕴含的巨大潜力和希望，使自己跻身于现代科学技术的最前沿…… 一、光学的研究范畴 二、光学的发展历史 一、光学的研究范畴 光——电磁波：一种重要的自然现象，眼睛接受物体发射、反射或散射的光使得我们能看到世界中的景象 光学：研究光的本性、传播、与物质相互作用 电磁波谱 分 类 几何光学：光线概念、几何光学三定律为基础 [反射、折射及成像等——光学仪器设计及评价 (应用光学)] 连续波，以经典电磁理论为基础 ( λ/a →0，过渡到几何光学) 20世纪下半叶，变化巨大，日新月异发展。 物理光学 波动光学 量子光学： 干涉 衍射 偏振 (本性、传播) (本性、与物质作用) 光子概念为基础； (发射、吸收、激光、光与物质作用) 蓬勃发展的光学 激光光学：激光物理、激光技术、激光应用 全息光学：光学全息与信息处理 傅立叶光学：光学傅立叶分析、傅立叶变换 晶体光学：光波在晶体中的传播及晶体的电光效应 集成光学：集成光路理论及制造 激光光谱学：物质微观结构及分子运动规律的分析 非线性光学：强光与物质相互作用 瞬态光学、光通信、光信息存储、光子医学…… 二、光学的发展历史 1.几何光学 墨翟及其弟子《墨经》：前4世纪（春秋战国）， 记载了光的直线传播、平面镜、凹