物理光学基础知识.ppt

* （二）热探测器 热探测器：（1）辐射热测量计 （2）热电偶 （3）热电堆 15.5 光的探测 * 15.6 光的吸收、散射与色散 （一）光的吸收 光的吸收（朗伯定律 ）：强度为I0的光经过一段长度为z的介质后，光强将减弱到 式中a称为吸收系数，单位为m-1 ． 朗伯定律说明，当光在介质中传播距离z=1/a时，光强减弱到原来的1/e。 * （二）光的散射 瑞利散射 瑞利散射：散射光频率和入射光相同，散射光的强度与波长的关系为 ： IS(λ)＝f(λ)/ λ4 适用条件：仅在散射微粒的线度比光的波长小的情况下成立 * （二）光的散射 光的散射自然现象 晴朗的天空蔚蓝而且明亮 清晨或傍晚，看到太阳呈红色 * （三）光的色散 光的色散是由于媒质的折射率随光的波长而变化所发生的现象 * （三）光的色散 色散率：定义为媒质的折射率对于波长的导数 正常色散：介质的折射率n以及色散率的数值都随波长的增加而减小，即 反常色散：介质的折射率随波长的增加而增加，即 * * * 十五章 光学基础知识 关键：熟练掌握光程差以及相位差 * 15.1 光学的发展历程和学科分支 （一）光学的发展历史 牛顿 —光的光的微粒流理论 惠更斯 —光的波动理论 麦克斯韦 —光的电磁理论 20世纪初—光的波粒二象性 * （二）光学的学科分支 几何光学：以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中的折射、反射和传播规律，它得出的结果通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限 波动光学：以光的波动性为基础，研究光的干涉、光的衍射、光的偏振等波动性质，也称为波动光学．其基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组 量子光学：以光的量子性为基础，深入到微观世界，研究光和物质的相互作用规律．其基础主要是量子力学和量子电动力学．波动光学和量子光学也统称为物理光学． 现代光学：随着光的量子性的发现和激光的发明，而产生的新兴领域．包括非线性光学、信息光学、纤维光学、统计光学、付里叶光学、激光光学等等． * 15.2 光源 光的基本性质 （一）光源 定义：产生光波的波源称为光源 发光机制 普通光源：自发辐射 激光：受激辐射 * （二）光的特性 波前与光线 光是电磁波，有波的特性，但同时光又具有粒子特性 波前：光波从光源传出去，离光源愈來愈远，它的最前缘就为波前 .波前是波在任一时刻相位相同的点连成的轨迹 光线：人们常以垂直于波前、且指向光传播方向的直线称为光线． * （三）惠更斯原理 在光波传播时，某一时刻波前上的每一点都可以看作产生球面次级子波的波源，经过一段时间的新波前就是这些次级子波的包络面.如图为球面波传播与平面波传播. * （四）光波的描述 主要参数 光是电磁波，在空间传播的是相互垂直的电场强度E矢量（电矢量）和磁场强度H矢量 .引起视觉作用和感光作用的主要是电矢量E，因而把E矢量称为光矢量，把E振动称为光振动. * （四）光波的描述 主要参数 光波场的表示： 讨论最简单的平面简谐光波。它在空间传播形成光波场的运动学描述为 ?为S波源出所发出波的圆频率。与光频率n 关系 ?0为初相位。波长?和频率，周期T 之间满足 * （四）光波的描述 主要参数 光速： u为光波在介质中传播的速度 ?r为介质的相对介电常数；?r为相对磁导率 介质中的光速为 * （四）光波的描述 主要参数 折射率： n为折射率，等于光在真空中的速度c与媒质中的相速u之比 折射率与介质的电磁性质密切相关，根据光的电磁理论，可知 所以可得 * （四）光波的描述 主要参数 光强： 把能流密度S矢量应用于平面简谐光波 实际上测量到的是S在测量时间间隔?内的平均值，称它为平均能流密度或光强 I 因为? 远大于周期T，所以可以用一个周期内的平均值来求 I * 15.3 光的传播 （一）光程和相位差 光程：如图所示，光在折射率为的介质中从波源S传到P点传播的距离（路程）r折算成在真空中传播的长度，称为光程 相位落后的量? ： ?=2?r/?=2?rn/?0 * 相位差 若两波源发出相同的频率（?1 = ?2），相同初相位（?10 ? ?20）的两列波，到达P点处两个光程之差（n2r2 - n1r1）叫做光程差，表示为?，由光程差带来的相位差?为： * （二）费马原理 费马原理：光在任意介质中从一点传播到另一点时，沿所需时间最短的路径传播。 后人推广为：光在介质中传播的实际路径是使所需时间为极值(极小值、极大值或稳定值)的路径。 * （三）光的反