几何光学(费马原理)传播规律课件.pptVIP

人类对光的研究，最初主要是试图回答“人怎么能看见周围的物体？”之类问题。墨翟（公元前468～376年）《墨经》——光影；光的直线传播；光的反射；平面镜及球面镜成像等。沈括（北宋时期）《梦溪笔谈》自《墨经)开始，公元11世纪阿拉伯人伊本·海赛姆发明透镜；公元1590年到17世纪初，詹森和李普希同时独立地发明显微镜；一直到17世纪上半叶，才由斯涅耳和笛卡儿将光的反射和折射的观察结果，归结为今天大家所惯用的反射定律和折射定律。欧几里德（公元前330～275）《反射光学》“人为什么能看见物体”；光的直线传播；平面镜成像；光的反射等。

p光学的发展历史2、惠更斯、3、托马斯杨发现了光的干涉现象1、牛顿提出胡克提出光光的粒子性的波动性5、麦克斯韦4、菲涅耳提出了完整的光的干涉衍射理论6、赫兹从实提出电磁波验上证明了理论并预言光是电磁波光是电磁波（建立起光的经典模型：光是一种电磁波，且是横波）（建立起光的波动学说）7、20世纪初期：量子理论认为光既是粒子也是波动（光的波粒二象性）

p光学的发展历史n在20世纪初，一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波；而另一方面又从热辐射、光电效应、光压以及光的化学作用等无可怀疑地证明了光的量子性——微粒性。n1922年发现的康普顿效应，1928年发现的塞曼效应，以及当时已能从实验上获得的原子光谱的超精细结构，它们都表明光学的发展是与量子物理紧密相关的。光学的发展历史表明，现代物理学中的两个最重要的基础理论——量子力学和狭义相对论都是在关于光的研究中诞生和发展的。n此后，光学开始进入了一个新的时期，以致于成为现代物理学和现代科学技术前沿的重要组成部分。

什么是光学?

p什么是光学？n狭义来说，光学是关于光和视见的科学。optics(光学)这个词，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。而今天，常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及跟物质相互作用的科学。n光学是物理学的一个重要组成部分，也是与其他应用技术紧密相关的学科。5

p经典光学的研究内容n通常把光学分成几何光学、物理光学（波动光学）和量子光学三个大类。n几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发，来研究光的传播问题的学科。它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种媒质中传播的途径，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。n物理光学（波动光学）是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向异性的媒质中传播时所表现出的现象。n量子光学是从光子的性质出发，来研究光与物质相互作用的学科即为量子光学。它的基础主要是量子力学和量子电动力学。

上篇：几何光学与成像理论

n几何光学传播规律(光在介质中的传播规律)1、几何光学三定律p光的直线传播定律：光在均匀介质里沿直线传播注意：在非均匀介中，光会因折射生弯曲。种象在大气中常生，如在海或沙漠地区有出的海市蜃楼幻景，就是因光通当地密度不均匀的大气生折射而形成的。p反射定律：①反射线在入射线和法线决定的平面内；②反射线、入射线分居法线两侧；③反射角等于入射角，

p折射定律：①折射线在入射线和法线决定的平面内；②折射线、入射线分居法线两侧；斯涅耳折射定律③折射角与入射角正弦之比与入射角无关，是一（W.Snell，1621）个与媒质及光的波长有关的常数：（绝对）折射率：光在真空中的速度与光在该材料中的速度的比值注意：在折射中，频率不变，波速和波长都会发生改变。p同一透明介质对于不同波长的单色光具有不同的折射率。因此，白光经过棱镜后将被分解为各种不同颜色的光，在棱镜后将会看到各种颜色，这种现象称为色散。

n关于折射定律及折射率的补充说明：p波速小的介质称为波密介质，波速较大的介质称为波疏介质1.折射率较大的介质称为光密介质，折射率较小的介质称为光疏介质。当光从空气射入水（光由光疏介质射入光密介质），折射角小于入射角；而当光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角。2.光线从光密介质入射到光疏介质，当入射角逐渐增大到某一角度时，折射角等于90度，此时入射光全部被反射（全反射），对应的入射角称为临界角。？？发生全反射的两个条件

*全反射的应用突变型多模光纤的光线传播原理数值孔径(NumericalAperture,NA)：临界角θ的正弦cNA表示光纤接收和传输光的能力。NA(或θ)越大，光纤接c光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。但NA越大，经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量。所以要根据实际使用场合，选择适当的N