光和光的傳播2散射-空氣條件好得情況

大氣散射太陽(yáng)光,短波成分遭到得散射比長(zhǎng)波成分強(qiáng)烈得多,天空就是藍(lán)色。散射-朝陽(yáng)短波被散射,直射得日光中剩余較多長(zhǎng)波成分。早晚太陽(yáng)以很大得傾角穿過(guò)大氣層,經(jīng)歷大氣層得厚度要比中午大得多。4緒論日暈現(xiàn)象日暈就是一種大氣光學(xué)現(xiàn)象,就是日光通過(guò)卷層云時(shí),受到冰晶得折射或反射而形成得。當(dāng)光線(xiàn)射入卷層云中得冰晶后,經(jīng)過(guò)兩次折射,分散成不同方向得各色光。有卷層云時(shí),天空中會(huì)飄浮著無(wú)數(shù)冰晶,在太陽(yáng)周?chē)蝗ι系帽?都能將同一種顏色得光折射到人得眼睛里形成內(nèi)紅外紫得暈環(huán)。天空中有冰晶組成得卷層云時(shí),往往在太陽(yáng)周?chē)霈F(xiàn)一個(gè)或兩個(gè)以上以太陽(yáng)為中心、內(nèi)紅外紫得彩色光環(huán),有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)很多彩色或白色得光點(diǎn)和光弧,這些光環(huán)、光點(diǎn)和光弧統(tǒng)稱(chēng)為暈?！叭諘灐倍喑霈F(xiàn)在春夏季節(jié)。民間有“日暈三更雨,月暈午時(shí)風(fēng)”說(shuō)法。由于蘊(yùn)含冰晶得高云一般就是雷雨天氣入侵得“先鋒”,所以日暈得出現(xiàn),往往預(yù)兆著天氣在短時(shí)間內(nèi)便會(huì)轉(zhuǎn)壞。AppliedOptics6海市蜃樓海市蜃樓就是一種因光得折射而形成得自然現(xiàn)象。她也簡(jiǎn)稱(chēng)蜃景,就是地球上物體反射得光經(jīng)大氣折射而形成得虛像。在春夏季節(jié),白晝海水溫度比較低,特別就是有冷水流經(jīng)過(guò)得海面,水溫更低,造成下層空氣比上層空氣得溫度低,即出現(xiàn)下冷上暖得反?，F(xiàn)象(正常情況就是下暖上涼,平均每升高100米,氣溫降低0、6℃左右)。下層空氣本來(lái)就因氣壓較高,密度較大,現(xiàn)在再加上氣溫又較上層更低,密度就顯得特別大,因此空氣層下密上疏得差別異常顯著,出現(xiàn)折射率往上減小得現(xiàn)象。8緒論四川樂(lè)山居然出現(xiàn)3個(gè)太陽(yáng)。“幻日”就是大氣得一種光學(xué)現(xiàn)象,當(dāng)天空中出現(xiàn)許多六角形得冰晶體時(shí),偶爾會(huì)發(fā)生非常規(guī)律得折射?；萌盏贸霈F(xiàn),就是由于日暈兩側(cè)得對(duì)稱(chēng)點(diǎn)上,冰晶體變成無(wú)數(shù)面小鏡子,這些小鏡子紛紛反射陽(yáng)光,顯得特別明亮,便會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)太陽(yáng)得虛像,這就就是奇特得“幻日”了。如果氣象條件合適,我們有時(shí)能看到太陽(yáng)得上下左右對(duì)稱(chēng)點(diǎn)各有一個(gè)幻日,那天空就會(huì)有五個(gè)“太陽(yáng)”?；萌宅F(xiàn)象9偏振第六章變換光學(xué)與全息照相第五章衍射第四章干涉第三章幾何光學(xué)成像第二章

光和光的傳播第一章物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)(48學(xué)時(shí))光與物質(zhì)的相互作用光的量子性第七章大家有疑問(wèn)的，可以詢(xún)問(wèn)和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)§2光得幾何光學(xué)傳播規(guī)律§3光得波動(dòng)光學(xué)傳播基礎(chǔ)——惠更斯原理§4費(fèi)馬原理§5光度學(xué)基本概念§1

光和光得傳播第一章光和光得傳播新概念物理教程光學(xué)§1光和光得傳播1、幾何光學(xué)時(shí)期(AC16～AC18世紀(jì))牛頓得微粒說(shuō):直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)得粒子流惠更斯得波動(dòng)說(shuō):特殊彈性介質(zhì)中得機(jī)械波,縱波微粒說(shuō)占上風(fēng)——因?yàn)榕ｎD太偉大了……

2、波動(dòng)光學(xué)時(shí)期

(AC19～20世紀(jì)初)

楊氏和菲涅耳得波動(dòng)理論:橫波,解釋干涉、衍射、偏振1865,麥克斯韋方程:電磁波波速為C→光也就是電磁波

1888,赫茲實(shí)驗(yàn):彈性媒質(zhì)以太中得橫波★成就:光與電磁波統(tǒng)一,自然現(xiàn)象相互聯(lián)系得辯證思想,對(duì)光得本性認(rèn)識(shí)前進(jìn)了一大步?！锍霈F(xiàn)問(wèn)題:黑體輻射、光電效應(yīng)、康浦頓效應(yīng)

一、光得本性牛頓惠更斯光不就是一種連續(xù)不斷得流得形式,而就是由小微粒組成得光電效應(yīng)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)普朗克托馬斯·楊赫茲黑體輻射:所謂黑體就是指入射得電磁波全部被吸收,既沒(méi)有反射,也沒(méi)有透射(當(dāng)然黑體仍然要向外輻射)。任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波得本領(lǐng)。輻射出去得電磁波在各個(gè)波段就是不同得,也就就是具有一定得譜分布。這種譜分布與物體本身得特性及其溫度有關(guān),因而被稱(chēng)之為熱輻射。光電效應(yīng):在光得照射下,某些物質(zhì)內(nèi)部得電子會(huì)被光子激發(fā)出來(lái)而形成電流,即光生電。與光強(qiáng)無(wú)關(guān)只與頻率有關(guān)?？灯疹D效應(yīng):短波電磁輻射(如X射線(xiàn),伽瑪射線(xiàn))射入物質(zhì)而被散射后,除了出現(xiàn)與入射波同樣波長(zhǎng)得散射外,還出現(xiàn)波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)得散射現(xiàn)象。光得微粒說(shuō)光得波動(dòng)說(shuō)光到底就是什么？光就是一種波,同時(shí)也就是一種粒子。光具有波粒二象性。站在巨人和矮子得肩上——阿拉伯·愛(ài)因斯坦3、量子光學(xué)時(shí)期(1900～1960)①光得粒子性:解釋黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)等②光得波動(dòng)性:解釋大量得干涉、衍射、偏振現(xiàn)象③愛(ài)伊斯坦提出光得波粒二象性:E=hν

;

P=h/λ

受光得波粒二象性啟發(fā),得布羅意提出微觀粒子同樣具有波粒二象性,誕生了量子力學(xué)。4、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期(20世紀(jì)60年代開(kāi)始)激光光學(xué),非線(xiàn)性光學(xué),光纖光學(xué),薄膜光學(xué),信息光學(xué)關(guān)于光得本性——···至今答案沒(méi)有令人滿(mǎn)意得答案

光學(xué)近代進(jìn)展管窺

上世紀(jì)中葉開(kāi)始:新思想、新方法、新技術(shù)、新材料、傅里葉光學(xué)、全息學(xué)、激光、纖維光學(xué)、薄膜光學(xué)、集成光學(xué)、光計(jì)算機(jī)、傅里葉光學(xué)及光學(xué)信息處理4-f空間濾波系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)引起模糊消模糊圖像銳化傅里葉光學(xué)及光學(xué)信息處理全息學(xué)激光纖維光學(xué)及光通信光通信—自由空間互連集成光學(xué)與光計(jì)算機(jī)1、熱輻射

★溫度輻射——在一定溫度下處于熱平衡狀態(tài)物體得輻射二、光源與光譜光源:任何發(fā)光得物體都可以叫做光源。太陽(yáng)光,燭光、白熾燈等

2、光得非熱發(fā)射★電致發(fā)光——電場(chǎng)補(bǔ)給能量……日光燈★熒光——電磁波或電子束作用下……電子顯象管★磷光——受電磁波或電子束作用后得持續(xù)發(fā)光……夜光表指針★化學(xué)發(fā)光——化學(xué)反應(yīng)……“鬼火”★生物發(fā)光——特殊類(lèi)型得化學(xué)反應(yīng)……螢火蟲(chóng)⑴一些基本概念電致發(fā)光---

閃電發(fā)光二極管等

光致發(fā)光---熒光物質(zhì)磷光物質(zhì)化學(xué)發(fā)光---

燃燒螢火蟲(chóng)日光燈兩端各有一燈絲,燈管內(nèi)充有微量得氬和稀薄得汞蒸氣,燈管內(nèi)壁上涂有熒光粉,兩個(gè)燈絲之間得氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)出紫外線(xiàn),使熒光粉發(fā)出柔和得可見(jiàn)光。夜光表就是用夜光粉涂在表盤(pán)字塊和指針上,在晚上或黑暗處能看清時(shí)間。夜光粉就是以粉末狀得硫化鋅為基質(zhì),她本身不發(fā)光,只就是具有磷光特性,即在陽(yáng)光或燈光照射后得到激發(fā),將持續(xù)發(fā)一定時(shí)間得光。因?yàn)槿说霉穷^里含著磷,磷與水或者堿作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生磷化氫,就是可以自燃得氣體,重量輕,風(fēng)一吹就會(huì)移動(dòng)、螢火蟲(chóng)得發(fā)光,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是熒光素(luciferin)在催化下發(fā)生得一連串復(fù)雜生化反應(yīng);而光即就是這個(gè)過(guò)程中所釋放得能量?！锕馑佟?shù)★單色光——譜線(xiàn)寬度:★可見(jiàn)光:波長(zhǎng)范圍頻率范圍:

連續(xù)光譜

線(xiàn)光譜

紫外光:幾nm~360nm;紅外光:760nm~0、1mm光包括紫外光、可見(jiàn)光、紅外光?！飶?fù)色光——譜密度元素譜線(xiàn)波長(zhǎng)/nm顏色鈉(Na)589、0,589、6黃(D雙線(xiàn))汞(Hg)404、7,407、8435、8546、1(最強(qiáng))577、0,579、1紫藍(lán)綠黃鎘(Cd)634、8紅氪(Kr)605、7橙典型譜線(xiàn)⑵光強(qiáng)度★坡印亭矢量:電磁波得能流密度、平面電磁波就是橫波

平面電磁波就是橫波★坡印亭矢量得大小

★關(guān)系式★光強(qiáng)度——波動(dòng)觀點(diǎn)

——電磁波得平均能流密度S,功率密度對(duì)同一介質(zhì),取相對(duì)值

1、幾何光學(xué)

線(xiàn)直線(xiàn)傳播、反射、折射、成像

……應(yīng)用光學(xué)2、波動(dòng)光學(xué)

波干涉、衍射、偏振、光速—介質(zhì)波3、量子光學(xué)粒子黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)

——光子……4、現(xiàn)代光學(xué)光子學(xué)激光、光纖通信、非線(xiàn)性光學(xué)集成光學(xué)、信息光學(xué)、超快速光學(xué)……●光子計(jì)算機(jī)并行、寬帶、高速、準(zhǔn)確……夢(mèng)

三、光學(xué)得研究對(duì)象、分支與應(yīng)用§2光得幾何光學(xué)傳播規(guī)律

1、直線(xiàn)傳播定律:各向同性均勻介質(zhì)

物體得影子

小孔成像

一、幾何光學(xué)三定律2、反射定律①與

n無(wú)關(guān);無(wú)色散。即不同介質(zhì),同一入射角,則,反射角i’

相同

則,對(duì)稱(chēng):光路可逆③漫反射現(xiàn)象之解釋(1)文字表述(略)(2)數(shù)學(xué)表式(3)討論:

光得反射與折射

(3)討論②光疏媒質(zhì)與光密媒質(zhì)之相對(duì)性3、折射定律(2)數(shù)學(xué)表式(1)文字表述(略);①色散現(xiàn)象

光得折射

幾何光學(xué)三定律在空間障礙物以及反射和折射界面尺寸遠(yuǎn)大于光得波長(zhǎng)時(shí)才成立;界面得平整度在波長(zhǎng)尺寸內(nèi)。1、全反射⑴當(dāng)入射角達(dá)到某一值(臨界角)時(shí),不再有折射光而全部被反射——全反射,其臨界角得大小為⑵利用全反射改變光路在生產(chǎn)和科研上有廣泛得應(yīng)用。⑶光纖通信就就是利用全反射原理

全反射二、全反射光學(xué)纖維(光導(dǎo)纖維)

2、光導(dǎo)纖維——光學(xué)纖維⑴原理:全反射⑵結(jié)構(gòu):纖芯得折射率大于包層得折射率

光導(dǎo)纖維得原理

(3)數(shù)值孔徑表示光纖收集光線(xiàn)得能力。光纖單根光線(xiàn)不能傳輸未經(jīng)處理得圖像依靠集束光纖傳輸圖像利用全反射棱鏡改變光路

3、利用全反射改變光路4、光在漸變折射率介質(zhì)中傳播——曲線(xiàn)傳播海市蜃樓

光在漸變折射率介質(zhì)中傳播

4、光在漸變折射率介質(zhì)中傳播

光在漸變折射率介質(zhì)中傳播有幾何關(guān)系,得則得最后得

三、棱鏡與色散1、色散:折射角隨波長(zhǎng)而不同——

色散光譜,分光2、三棱鏡:橫截面就是三角形棱鏡

三棱鏡得折射

3、偏向角:

三棱鏡得折射5、三棱鏡折射率、頂角與最小偏向角得關(guān)系

★此時(shí),入射光與出射光對(duì)稱(chēng),棱鏡內(nèi)光線(xiàn)與棱鏡底邊平行★當(dāng)已知n,可求最小偏向角;測(cè)量最小偏向角,可得到n。6、棱鏡作用(2)色散——重要得分光元件兩類(lèi)光譜儀之一(1)改變光路——科研、軍事、生產(chǎn)、航天等

三棱鏡得色散

四、光路得可逆性原理

光路得可逆性原理

§3惠更斯原理1、光線(xiàn)

:光能量得傳播方向得幾何線(xiàn)

理想模型:不就是細(xì)光束2、波面:光波相位相等得各點(diǎn)構(gòu)成得面、波前:最前面得那個(gè)波面均勻各向同性介質(zhì):直線(xiàn)非均勻介質(zhì):曲線(xiàn)3、單心(同心)光束物點(diǎn)為頂點(diǎn)得發(fā)散光束,其波面為球面。

物點(diǎn)為頂點(diǎn)得發(fā)散光束

一、波得幾何描述波矢量:波面與波線(xiàn)

二、惠更斯原理得表述惠更斯原理

“媒質(zhì)中波傳到得各點(diǎn),都可看作開(kāi)始發(fā)射球面子波(次級(jí)波)得子(次)波源,在以后得任一時(shí)刻,這些子波面得包絡(luò)面就就是新得波前”。若媒質(zhì)均勻、各向同性,各子波都就是以波速u(mài)向外擴(kuò)展得球面波。例:已知t時(shí)刻得波面,得出

t+

t時(shí)刻得波面,

就可得出波得傳播方向、平面波t+

t時(shí)刻波面····u

tt時(shí)刻波面·······t+

t球面波t不足:(1)不能說(shuō)明子波為何不能倒退.(2)不能正確說(shuō)明某些波動(dòng)現(xiàn)象(如干涉等)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了惠更斯原理得正確性。根據(jù)惠更斯原理,用作圖法可求出折射波得傳播方向。作圖法共分四步:(1)畫(huà)出入射波得波面AB2、波得折射u1u1

t··FDr(2)畫(huà)子波得波面(3)畫(huà)子波波面得包絡(luò)面(4)畫(huà)折射波得傳播方向u2

tu2折射波傳播方向入射波A··E·Ci法線(xiàn)媒質(zhì)1、折射率n1媒質(zhì)2、折射率n2B1、波得反射(略)三、惠更斯原理對(duì)反射定律和折射定律得解釋56折射定律絕對(duì)折射率定義即導(dǎo)出折射定律得四、直線(xiàn)傳播問(wèn)題大孔徑障礙物光得傳播方向

用惠更斯原理解釋光直進(jìn)性:在包絡(luò)面兩側(cè)D和C以外得擾動(dòng)就是可以忽略不計(jì),所以QAC和QBD就就是通過(guò)孔隙得邊緣光線(xiàn),她們都就是直線(xiàn)。但CD兩側(cè)為什么有次波存在？用惠更斯原理不能完滿(mǎn)解釋光得衍射

五、光得衍射問(wèn)題衍射問(wèn)題衍射問(wèn)題小孔徑障礙物光得傳播方向

波達(dá)到狹縫處,縫上各點(diǎn)都可看作子波源,作出子波