第三章光学(讲).ppt

概 述 我们的世界是明亮的，因为自然界中的物质具有反射、散射及发光性质，我们的世界又是五彩缤纷的，因为我们周围的物质对可见光具有的不同吸收特性； 钻石之尊贵不仅仅是因为它具有很高的硬度等特性，更重要的其有着迷人的光学性能。 在信息时代的今天，光纤得到普及，是因为这种玻璃制成的纤维对工作频率的吸收是普通玻璃的万分之几，可以实现远程光通信。 对光学性能应用最为典型的就是军事上的隐形技术。 本讲内容将把我们… 光的波动性 光的波粒二象性 光子的能量和动量* 折射率*、反射率和透射率 光的反射和折射 光的全反射 本章内容 材料对光的吸收*和色散 光散射 弹性散射* 介质的光散射与光发射 光发射 材料的光学性能 3.1 光的波粒二象性 人们对光的认识始于19世纪。 1860年，麦克斯韦创立的电磁波理论，解释了光的直线传播、反射、干涉和衍射现象； 1900年，普朗克提出能量子概念，成功地解释了黑体辐射； 1905年，爱因斯坦创立了光量子假说，将光子表征粒子性质的能量、动量与表征波动性质的频率、波长等联系起来，揭示了光的波粒二象性，圆满解释了光电效应，康普顿（Compton）效应等现象。 1924年，德布罗意创立了物质波假说，被电子束衍射实验证实。把光的波粒二象性（波动性和粒子性统一）推广到一切微观粒子的共同属性 1927年，狄拉克提出电磁场的量子化理论，进一步把波动理论和量子理论严格地统一起来。 电磁波频谱宽，光学研究部分很少； 可见光波长：390－770nm（0.4－0.7μm）， 不同波长的光引起不同的颜色视觉。 3.1.1 光的波动性 光是电磁波，是交变的电磁场在空间的传播。变化着电场的周围感生出变化的磁场，变化着的磁场周围又会感生出另一个变化的电场，两者交织在一起。 光波是横波，电场强度E和磁场强度H的振动方向垂直。并同时垂直于传播方向S（即光的能量流动方向）。 1. 光的振动与传播 表征光波振动特征：频率υ、周期T、波长λ： v—光速 光的振动 用电场强度变化表示： —振幅， —初相角 光的传播 φ0=0时，在z=0点电场强度： 振动传到空间z点，场强： 电磁波在真空中的速度： （c＝ 3×108 m／s） 电磁波在介质中的速度： （介质折射率 ） 、 —真空、介质的介电常数， 、 —真空、介质的磁导率。 光波传播伴随能量流密度： （单位时间垂直流过单位面积的能量） 测试用能量流密度平均值——光强： 应用相对值 表示光强与光波电场振幅的关系。 3.1.2 光子的能量和动量 爱因斯坦光量子公式： 电磁场（光场）的能量是不连续的，可分成最小的单元，这个最小的能量单元称为“光子”。 能量（解释光电效应）： 动量： （反映光的波粒二象性能） 对光的研究有两个角度： 涉及光传播特性时（只要电磁波不很弱时），用经典电磁波理论，用光波概念。 涉及光与物质相互作用并有能量、动量交换时，把光当做具有确定能量和动量的粒子流时，用光子概念。 3.2 光的反射和折射 单位时间通过单位