文档介绍：应用光学(第一章)
厦门大学机电系
张建寰
绪言
1、总学时:3×17(考试****题课+答疑,不包括实验);
2、检查方式:闭卷考试(AB卷),缺课1/3不能参加考试;
3、各章节学时分配:
第一章:3学时
第二章:6学时<br****题课:3学时
第三章:3学时
第四章:6学时
第五章:3学时
第十章:3学时
第十一章:
第十二章:
第十三章:<br****题课:<br****题课:3学时
第六章:3学时
第七章:3学时
第八章:3学时<br****题课:3学时
第九章:3学时
4、课程结构介绍:
大致分为两部分:基础知识(1-8)、应用系统(9-10)、现代光学系统(11-13)
第一章:几何光学基本原理
(一)光波和光线
1、光的本质
光和人类的生产、生活密不可分;
人类对光的研究分为两个方面:光的本性,以此来研究各种光学现象,称为物理光学;光的传播规律和传播现象称为几何光学。
1666年牛顿提出的“微粒说”
1678年惠更斯的“波动说”
1871年麦克斯韦的电磁场提出后,光的电磁波
1905年爱因斯坦提出了“光子”说
现代物理学认为光具有波、粒二象性:既有波动性,又有粒子性。
一般除研究光与物质相互作用,须考虑光的粒子性外,其它情况均可以将光看成是电磁波。
可见光的波长范围:380-780nm
单色光:同一波长的光引起眼睛的感觉是同一个颜色,称之为单色光;
复色光:由不同波长的光混合成的光称为复色光;
白光是由各种波长光混合在一起而成的一种复色光。
Spectrum of ic ( or Hertzian) wave
光是一种电磁波
对人的视觉起作用的电磁波称为可见光。波长范围约为4000 À~7600 À 波长以纳米(nm)或埃(À)为单位。 1 nm = 10E-9 m
不同的波长,在视觉上形成不同的色觉,即赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中: 红 6400~7500 ->红外 橙 6000~6400 黄 5500~6000 绿 4800~5500 蓝 4500~4800 紫 4000~4500 ->紫外 人眼对5550 À(555nm)的黄绿光最敏感
2、光源
从物理学的角度看,辐射光能的物体称为发光体,或称为光源。
点光源是当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以忽略时,此光源可认为是点光源。
例如: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。
在几何光学中,发光体与发光点概念与物理学中完全不同。
无论是本身发光或是被照明的物体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。
3、光线
当光能从一两孔间通过,如果孔径与孔距相比可以忽略则称穿过孔间的光管为物理学上的光线。
几何光学上的光线是无直径、无体积的,而有方向性的几何线,其方向代表光能传播的方向。
4、波面
光波是电磁波,任何光源可看作波源,光的传播正是这种电磁波的传播。光波向周围传播,在某一瞬时,其相位相相同的各点所构成的曲面称为波面。波面可分为平面波,球面波或任意曲面波。
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。
5、光束
与波面对应的法线(光线)的集合,称为光束,对应于波面为球面的光束称为同心光束。
球面光波对应的同心光束按光的传播方向不同又分为会聚光束和发散光束。会聚光束所有光线实际通过一个点。
与平面波相对应的是平行光束,是同心光束的一种特殊形式
(二)几何光学的基本定律
1. 三个基本定律 (1) 光线在均匀介质中按直线传播,称直线传播定律。 (2) 来自不同方向的光线在介质中相遇后,各保持原来的传播方向继续传播,这就是光的独立传播定律。 (3) 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。
实验证明: * 反射光线和折射光线都在入射面内,它们与入射光分别在法线两侧。 * 入射角等于反射角。即θi = θr