反射和折射定律.ppt

第7讲 光的传播基本原理 1 几何光学基本定律 2 能量分配法则 3 物质光学性质 4 非成像光学原理 1 几何光学基本定律 1、光线 光线：一条携带能量并带有方向的几何线，它代表光的传播方向。 光路：光线的传播途径。 光束：无数多条光线的集合称为光线束，简称光束。光束包括平行光束、同心光束、像散光束。 1 几何光学基本定律 2、直线传播定律 在各向同性的均匀介质中，光线沿直线传播。 局限性：没有考虑衍射现象。 1 几何光学基本定律 4、反射和折射定律 1 几何光学基本定律 5、矢量表示 1 几何光学基本定律 （1）反射 1 几何光学基本定律 （2）折射 1 几何光学基本定律 7、费马原理（ Fermat’s Principle ） 光程： 均匀介质中，光程表示光在该介质中走过的几何路程 与介质折射率 的乘积。 1 几何光学基本定律 费马原理（即光程极端定律）：光从一点传播到另一点，其间无论经过多少次折射和反射，其光程为极值。或者说,光是沿着光程为极值（极大、极小或常量）的路径传播的。 光的偏振 菲涅尔公式 垂直入射时金属表面的反射率 例：入射光波长为600nm时，Al的折射率为：n=0.6+6i，试求当入射光垂直入射时的反射率和吸收率。 3 物质光学性质 扩散反射：经散射处理的铝板、经涂刷处理的金属板、毛面白漆涂层 漫反射：粗糙表面、无光泽镀层的表层 3 物质光学性质 3 物质光学性质 高斯分布 3 物质光学性质 布尔-朗伯定律 3 物质光学性质 复折射率和消光系数 3 物质光学性质 透过率（无散射） 3 物质光学性质 3 物质光学性质 5、界面散射 3 物质光学性质 BSDF（Bidirectional Scattering Distribution Function）双向散射函数 散射模型—BSDF模型 BSDF（Bidirectional Scattering Distribution Function）双向散射分布函数 光从一个表面上的不同方向散射强度的度量 既包括入射方向又包括散射方向的函数，因此称“双向”的 定义：单位入射光照度的散射亮度 3 物质光学性质 ABg BSDF模型（准幂数倒数模型） 3 物质光学性质 3 物质光学性质 3 物质光学性质 3 物质光学性质 3 物质光学性质 3 物质光学性质 散射测试仪 3 物质光学性质 透过率：透过试样的光通量与射到试样上的光通量之比。 3 物质光学性质 JIS K7361 3 物质光学性质 3 物质光学性质 6、折射率和色散 4 非成像光学原理 能量守恒原理（光通量守恒） 扩展度守恒原理 边缘光线原理 费马原理 从工程光学中的热力学第二定律分析光学扩展量：在光学系统中，像面的亮度或者能量密度不会大于光源的亮度或能量密度。 热力学第二定律要求光束在通过任何光学系统后，光学扩展量保持不变或增大而不能减小。如果光束的光学扩展量减小了，能量就会被约束在更小的区域内，此时像面的亮度或能量密度就会大于光源表面的亮度或能量密度。 折射定律的扩展度守恒 投影机例子 边缘光线原理 任何光滑的光学表面以连续的方式配光，即从光源发出的相邻的两根光线在目标上的点也是相邻的。光源的边界对应于目标的边界。 对反射镜或透镜分区，每个区域产生各自不同的光度分布，叠加后为所需的光度分布。 费马原理 REFLET Mini-Diff 雾度（混浊度） haze：透过试样而偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比（GBT 2410-2008，仅把偏离入射光方向2.5°以上的散射光通量用于计算雾度） 光的色散 （一）正常色散和反常色散 色散——光在物质中传播时其折射率(传播速度)随光波频率(波长)而变的现象 色散分两种情况： 1、正常色散 发生在物质透明区(物质对光的吸收很小)内的色散，表现为折射率随波长增大而减小，色散曲线n(λ)呈单调下降. 正常色散曲线 正常色散可用1836年科希(A.L.Cauchy)由实验得出的经验公式描述 式中，A、B、C是与物质有关的常数，叫做科希常数。只要测出三个已知波长的折射率的值，便可由上式求出A、B、C。在可见光波段，科希公式与物质的正常色散实验曲线很好吻合。 发生在物质吸收区内的色散，此时折射率随波长的增大而增大，称这种色散为反常色散。 当考察的波长范围不大时，科希公式只需取头两项，即 2、反常色散 在接近反常色散区域，科希公式不再成立。实验表明，反常色散与物质的吸收区相对应，正常色散与物质的透明区相对应。考察各种物质的全波段色散曲线，类似地有如右图所示的形貌，它由一系列正常色散曲线(满足科希公式)和反常色散曲线(吸收带)组成。 吸收带附近的反