顯示光學課件：01第一章 光學基礎(chǔ)2

1、第一章 信息顯示中的光學基礎(chǔ)1第二節(jié) 物理光學的基本定律和概念光與電磁波光的偏振光的相干性2760nm400nm 可見光 電 磁 波 譜紅外線 紫外線 射 線X射線長波無線電波頻率波長短波無線電波無線電波可見光紅外線紫外光 射線 射線31.1 電磁場所遵循的規(guī)律（Maxwells Equations）麥克斯韋方程組 宏觀電磁現(xiàn)象所遵循的基本規(guī)律，是電磁場的基本方程麥克斯韋第一方程，表明傳導電流和變化的電場都能產(chǎn)生磁場麥克斯韋第二方程，表明變化的磁場產(chǎn)生電場麥克斯韋第三方程表明磁場是無源場，磁力線總是閉合曲線麥克斯韋第四方程，表明電荷產(chǎn)生電場42.6 麥克斯韋方程組真空中的麥克斯韋方程組5代入麥

2、克斯韋方程組中，有：（均勻媒質(zhì)）各向同性線性媒質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系為6麥克斯韋方程組時變場靜態(tài)場緩變場迅變場電磁場(EM)準靜電場(EQS)準靜磁場(MQS)靜磁場(MS)麥克斯韋方程適用范圍：一切宏觀電磁現(xiàn)象靜電場(ES)恒定電場(SS)7+1.2 電磁波的產(chǎn)生與傳播（電偶極輻射） 變化的電磁場在空間以一定的速度傳播就形成電磁波.-+振蕩電偶極子+-89極軸傳播方向10+-振蕩電偶極子附近的電磁場11電磁波的產(chǎn)生與傳播（磁偶極輻射）平面電磁波自由空間：沒有電荷、電流分布平面電磁波12 電磁波的特性 1）電磁波是橫波 ; 2） 和 同相位 ; 3） 和 數(shù)值成比例 ； 4）電磁波傳播速度 , 真空中波

3、速等于光速 .13 電磁波的復數(shù)表示對于線性運算，在最后的結(jié)果直接取實部即是物理上有意義的解14電磁波的能量輻射能 ： 以電磁波的形式傳播出去的能量. 電磁波的能流密度 電磁場能量密度 又 電磁波的能流密度（坡印廷）矢量 152.1 光的偏振世界上最大的液晶電視（Sharp 2007）液晶顯示原理1617光波是橫波 光的偏振 .機械橫波與縱波的區(qū)別機械波穿過狹縫橫波由于振動對傳播方向的非軸對稱性，叫做偏振只有橫波有偏振現(xiàn)象，而縱波無偏振問題18光的偏振狀態(tài)光是電磁振蕩的一種傳播。其中電場和磁場的振動方向垂直，為方便計，以下只考慮電振動。1. 自然光（natural light）由于普通光源發(fā)光

4、的間歇性和隨機性振動方向 不一定相同波列長度也不一定相同初相 也不一定相同亂大量原子發(fā)光的統(tǒng)計效果構(gòu)成了自然光。其振動方向包含了整個振動平面。19沒有優(yōu)勢方向自然光的分解非相干根據(jù)統(tǒng)計平均，自然光沒有優(yōu)勢振動方向，各個振動方向的強度相等。自然光的表示法：一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。202. 線偏振光（linearly polarized light）光矢量（E）只在一個固定平面內(nèi)沿單一方向振動的光叫線偏振光（也稱平面偏振光）。E播傳方向振動面面對光的傳播方向看線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解EEyEx yx表示法：光振動垂直板面光振動平行板面213.

5、部分偏振光（partial polarized light）完全偏振光和自然光是兩種極端情形，介于二者之間的一般情形是部分偏振光。最常討論的部分偏振光可看成是自然光和線偏振光的混合，天空的散射光和水面的反射光就是這種部分偏振，它可以分解如下：表示法：分解非相干224. 圓偏振光（circularly polarized light）和 橢圓偏振光（ellipticly polarized light）圓和橢圓偏振光可看成是兩束頻率相同、傳播方向一致、振動方向相互垂直、相位差為某個確定值的線偏振光的合成。EEyEx yx設(shè)：Ex=Ex0cost Ey=Ey0cos(t+)總振動為：E=Exi+E

6、yj，軌跡如下：橢圓方程23討論：1）當2k時，有 (Ex/Ex0-Ey/Ey0)2=0即：Ex/Ex0=Ey/Ey0，仍是線偏光且有tan=Ey0/Ex0振動在象限。E yx2）當(2k+1)時，有 (Ex/Ex0+Ey/Ey0)2=0即：Ex/Ex0=-Ey/Ey0，是振動在 象限的線偏光243）當(2k+1/2)時，有表明合矢端點將沿一橢圓作旋轉(zhuǎn)運動，稱為橢偏光由 Ex=Ex0cost Ey=Ey0cos(t+/2)可知是順時針旋轉(zhuǎn)的，所以稱右旋橢偏光。4）當(2k1/2)時，與3）一樣，只是旋轉(zhuǎn)方向為左5）若Ex0=Ey0，這時橢偏光化為園偏光，同樣分左右旋。25右旋圓偏振光右旋橢圓偏

7、振光 y 0 yx z傳播方向 /2x某時刻左旋圓偏振光 E 隨 z 的變化E 線、圓和橢圓偏振光均稱為完全偏振光。26 起 偏偏振片 起偏與檢偏 二向色性 : 某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動 , 而只讓與這個方向垂直的光振動通過, 這種性質(zhì)稱二向色性 . 偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 . 偏振化方向 ： 當自然光照射在偏振片上時，它只讓某一特定方向的光通過，這個方向叫此偏振片的偏振化方向 .偏振化方向起偏器27檢偏器 檢 偏起偏器液晶顯示器28光的相干性2930電磁波的干涉 vs. 機械波的干涉只是振動的物理量不同：前者是電磁場，后者是位移。波的疊加原理（線性介質(zhì)）干涉的條件（頻率

8、相同、振動方向平行、相位差恒定）31光的疊加兩列振動方向平行、頻率相同的光波在空間某點的電場：合電場合振幅光強32P21二 相干光 普通光源發(fā)光特點： 原子發(fā)光是斷續(xù)的，每次發(fā)光形成一長度有限的波列, 各原子各次發(fā)光相互獨立，各波列互不相干.1）普通光源的發(fā)光機制原子能級及發(fā)光躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)躍遷自發(fā)輻射33相干長度相干長度是指把一束光分成兩束，讓它們經(jīng)過不同的路程，能夠產(chǎn)生干涉的最大光程差。 一般單色光源發(fā)出光的相干長度不超過0.1m，但激光的相干長度可達幾十公里。 光源 平均波長 (nm)線寬 (nm)相干長度Lc (m)He-Ne激光 63310-310-4 102高壓汞燈 546 1 10-4白光 550 300 10-6一些光源的相干長度 34352）相干光的產(chǎn)生波陣面分割法*光源振幅分割法36楊氏雙縫干涉 雙鏡 勞埃鏡37p實 驗 裝 置一 楊氏雙縫干涉實驗波程差C38 減弱加強暗紋明紋p39討論條紋間距 明暗條紋的位置白光照射時，出現(xiàn)彩色條紋暗紋明紋1）條紋間