光和光的傳播詳解演示文稿

光和光的傳播詳解演示文稿當(dāng)前1頁，總共63頁。優(yōu)選光和光的傳播當(dāng)前2頁，總共63頁。3散射-空氣條件好的情況

大氣散射太陽光，短波成分遭到的散射比長波成分強(qiáng)烈得多，天空是藍(lán)色。當(dāng)前3頁，總共63頁。散射-朝陽短波被散射，直射的日光中剩余較多長波成分。早晚太陽以很大的傾角穿過大氣層，經(jīng)歷大氣層的厚度要比中午大得多。當(dāng)前4頁，總共63頁。5緒論日暈現(xiàn)象當(dāng)前5頁，總共63頁。日暈是一種大氣光學(xué)現(xiàn)象，是日光通過卷層云時(shí)，受到冰晶的折射或反射而形成的。當(dāng)光線射入卷層云中的冰晶后，經(jīng)過兩次折射，分散成不同方向的各色光。有卷層云時(shí)，天空中會飄浮著無數(shù)冰晶，在太陽周圍同一圈上的冰晶，都能將同一種顏色的光折射到人的眼睛里形成內(nèi)紅外紫的暈環(huán)。天空中有冰晶組成的卷層云時(shí)，往往在太陽周圍出現(xiàn)一個(gè)或兩個(gè)以上以太陽為中心、內(nèi)紅外紫的彩色光環(huán)，有時(shí)還會出現(xiàn)很多彩色或白色的光點(diǎn)和光弧，這些光環(huán)、光點(diǎn)和光弧統(tǒng)稱為暈?！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)”說法。由于蘊(yùn)含冰晶的高云一般是雷雨天氣入侵的“先鋒”，所以日暈的出現(xiàn)，往往預(yù)兆著天氣在短時(shí)間內(nèi)便會轉(zhuǎn)壞。當(dāng)前6頁，總共63頁。AppliedOptics7海市蜃樓當(dāng)前7頁，總共63頁。海市蜃樓是一種因光的折射而形成的自然現(xiàn)象。它也簡稱蜃景，是地球上物體反射的光經(jīng)大氣折射而形成的虛像。在春夏季節(jié)，白晝海水溫度比較低，特別是有冷水流經(jīng)過的海面，水溫更低，造成下層空氣比上層空氣的溫度低，即出現(xiàn)下冷上暖的反?，F(xiàn)象（正常情況是下暖上涼，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的差別異常顯著，出現(xiàn)折射率往上減小的現(xiàn)象。當(dāng)前8頁，總共63頁。9緒論四川樂山居然出現(xiàn)3個(gè)太陽。“幻日”是大氣的一種光學(xué)現(xiàn)象，當(dāng)天空中出現(xiàn)許多六角形的冰晶體時(shí)，偶爾會發(fā)生非常規(guī)律的折射?；萌盏某霈F(xiàn)，是由于日暈兩側(cè)的對稱點(diǎn)上，冰晶體變成無數(shù)面小鏡子，這些小鏡子紛紛反射陽光，顯得特別明亮，便會出現(xiàn)幾個(gè)太陽的虛像，這就是奇特的“幻日”了。如果氣象條件合適，我們有時(shí)能看到太陽的上下左右對稱點(diǎn)各有一個(gè)幻日，那天空就會有五個(gè)“太陽”?；萌宅F(xiàn)象當(dāng)前9頁，總共63頁。10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當(dāng)前10頁，總共63頁?！?光的幾何光學(xué)傳播規(guī)律§3光的波動光學(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

光和光的傳播第一章光和光的傳播新概念物理教程光學(xué)當(dāng)前11頁，總共63頁?！?光和光的傳播1、幾何光學(xué)時(shí)期(AC16～AC18世紀(jì))牛頓的微粒說：直線運(yùn)動的粒子流惠更斯的波動說：特殊彈性介質(zhì)中的機(jī)械波，縱波微粒說占上風(fēng)——因?yàn)榕ｎD太偉大了……

2、波動光學(xué)時(shí)期

(AC19～20世紀(jì)初)

楊氏和菲涅耳的波動理論：橫波，解釋干涉、衍射、偏振1865，麥克斯韋方程：電磁波波速為C→光也是電磁波

1888，赫茲實(shí)驗(yàn)：彈性媒質(zhì)以太中的橫波

★成就：光與電磁波統(tǒng)一，自然現(xiàn)象相互聯(lián)系的辯證思想，對光的本性認(rèn)識前進(jìn)了一大步。

★出現(xiàn)問題：黑體輻射、光電效應(yīng)、康浦頓效應(yīng)

一、光的本性當(dāng)前12頁，總共63頁。牛頓惠更斯當(dāng)前13頁，總共63頁。光不是一種連續(xù)不斷的流的形式，而是由小微粒組成的光電效應(yīng)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)普朗克托馬斯·楊赫茲當(dāng)前14頁，總共63頁。黑體輻射：所謂黑體是指入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射(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、反射電磁波的本領(lǐng)。輻射出去的電磁波在各個(gè)波段是不同的，也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關(guān)，因而被稱之為熱輻射。光電效應(yīng)：在光的照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會被光子激發(fā)出來而形成電流，即光生電。與光強(qiáng)無關(guān)只與頻率有關(guān)?？灯疹D效應(yīng)：短波電磁輻射(如X射線，伽瑪射線)射入物質(zhì)而被散射后，除了出現(xiàn)與入射波同樣波長的散射外，還出現(xiàn)波長向長波方向移動的散射現(xiàn)象。當(dāng)前15頁，總共63頁。當(dāng)前16頁，總共63頁。光的微粒說光的波動說光到底是什么？光是一種波，同時(shí)也是一種粒子。光具有波粒二象性。站在巨人和矮子的肩上——阿拉伯·愛因斯坦當(dāng)前17頁，總共63頁。3、量子光學(xué)時(shí)期（1900～1960）①光的粒子性：解釋黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)等②光的波動性：解釋大量的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象③愛伊斯坦提出光的波粒二象性：

E=hν

；

P=h/λ

受光的波粒二象性啟發(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年代開始)激光光學(xué)，非線性光學(xué)，光纖光學(xué)，薄膜光學(xué)，信息光學(xué)關(guān)于光的本性——···至今答案沒有令人滿意的答案

當(dāng)前18頁，總共63頁。光學(xué)近代進(jìn)展管窺

上世紀(jì)中葉開始：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)動引起模糊消模糊當(dāng)前19頁，總共63頁。圖像銳化傅里葉光學(xué)及光學(xué)信息處理當(dāng)前20頁，總共63頁。全息學(xué)當(dāng)前21頁，總共63頁。激光當(dāng)前22頁，總共63頁。纖維光學(xué)及光通信當(dāng)前23頁，總共63頁。光通信—自由空間互連當(dāng)前24頁，總共63頁。集成光學(xué)與光計(jì)算機(jī)當(dāng)前25頁，總共63頁。1、熱輻射

★溫度輻射——在一定溫度下處于熱平衡狀態(tài)物體的輻射二、光源與光譜光源：任何發(fā)光的物體都可以叫做光源。太陽光，燭光、白熾燈等當(dāng)前26頁，總共63頁。

2、光的非熱發(fā)射★電致發(fā)光——電場補(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的持續(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——特殊類型的化學(xué)反應(yīng)……螢火蟲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---

燃燒螢火蟲當(dāng)前27頁，總共63頁。日光燈兩端各有一燈絲，燈管內(nèi)充有微量的氬和稀薄的汞蒸氣，燈管內(nèi)壁上涂有熒光粉，兩個(gè)燈絲之間的氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)出紫外線，使熒光粉發(fā)出柔和的可見光。

夜光表是用夜光粉涂在表盤字塊和指針上，在晚上或黑暗處能看清時(shí)間。夜光粉是以粉末狀的硫化鋅為基質(zhì)，它本身不發(fā)光，只是具有磷光特性，即在陽光或燈光照射后得到激發(fā)，將持續(xù)發(fā)一定時(shí)間的光。因?yàn)槿说墓穷^里含著磷，磷與水或者堿作用時(shí)會產(chǎn)生磷化氫，是可以自燃的氣體，重量輕，風(fēng)一吹就會移動.

螢火蟲的發(fā)光，簡單來說，是熒光素（luciferin）在催化下發(fā)生的一連串復(fù)雜生化反應(yīng)；而光即是這個(gè)過程中所釋放的能量。當(dāng)前28頁，總共63頁?！锕馑佟?shù)★單色光——譜線寬度：★可見光:波長范圍頻率范圍：

連續(xù)光譜

線光譜

紫外光：幾nm~360nm；紅外光：760nm~0.1mm光包括紫外光、可見光、紅外光。當(dāng)前29頁，總共63頁?！飶?fù)色光——譜密度元素譜線波長/nm顏色鈉（Na）589.0，589.6黃（D雙線）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橙典型譜線當(dāng)前30頁，總共63頁。⑵光強(qiáng)度★坡印亭矢量：電磁波的能流密度、平面電磁波是橫波

平面電磁波是橫波★坡印亭矢量的大小

★關(guān)系式當(dāng)前31頁，總共63頁?！锕鈴?qiáng)度——波動觀點(diǎn)

——電磁波的平均能流密度S，功率密度對同一介質(zhì)，取相對值

當(dāng)前32頁，總共63頁。1、幾何光學(xué)

線直線傳播、反射、折射、成像

……應(yīng)用光學(xué)2、波動光學(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

三、光學(xué)的研究對象、分支與應(yīng)用當(dāng)前33頁，總共63頁?！?光的幾何光學(xué)傳播規(guī)律

1、直線傳播定律：各向同性均勻介質(zhì)

物體的影子

小孔成像

一、幾何光學(xué)三定律當(dāng)前34頁，總共63頁。2、反射定律①與

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

相同

則，對稱：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：

光的反射與折射

當(dāng)前35頁，總共63頁。(3)討論②光疏媒質(zhì)與光密媒質(zhì)之相對性3、折射定律(2)數(shù)學(xué)表式(1)文字表述（略）；①色散現(xiàn)象

光的折射

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)大于光的波長時(shí)才成立；界面的平整度在波長尺寸內(nèi)。當(dāng)前36頁，總共63頁。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，其臨界角的大小為⑵利用全反射改變光路在生產(chǎn)和科研上有廣泛的應(yīng)用。⑶光纖通信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）

當(dāng)前37頁，總共63頁。2、光導(dǎo)纖維——光學(xué)纖維⑴原理：全反射⑵結(jié)構(gòu)：纖芯的折射率大于包層的折射率

光導(dǎo)纖維的原理

（3）數(shù)值孔徑表示光纖收集光線的能力。當(dāng)前38頁，總共63頁。光纖單根光線不能傳輸未經(jīng)處理的圖像依靠集束光纖傳輸圖像當(dāng)前39頁，總共63頁。利用全反射棱鏡改變光路

3、利用全反射改變光路當(dāng)前40頁，總共63頁。4、光在漸變折射率介質(zhì)中傳播——曲線傳播海市蜃樓當(dāng)前41頁，總共63頁。當(dāng)前42頁，總共63頁。

光在漸變折射率介質(zhì)中傳播

4、光在漸變折射率介質(zhì)中傳播當(dāng)前43頁，總共63頁。

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

當(dāng)前44頁，總共63頁。三、棱鏡與色散1、色散：折射角隨波長而不同——

色散光譜，分光當(dāng)前45頁，總共63頁。當(dāng)前46頁，總共63頁。2、三棱鏡：橫截面是三角形棱鏡

三棱鏡的折射

3、偏向角：當(dāng)前47頁，總共63頁。

三棱鏡的折射5、三棱鏡折射率、頂角與最小偏向角的關(guān)系

★此時(shí)，入射光與出射光對稱，棱鏡內(nèi)光線與棱鏡底邊平行★當(dāng)已知n，可求最小偏向角；測量最小偏向角，可得到n。當(dāng)前48頁，總共63頁。6、棱鏡作用(2)色散——重要的分光元件兩類光譜儀之一(1)改變光路——科研、軍事、生產(chǎn)、航天等

三棱鏡的色散

當(dāng)前49頁，總共63頁。四、光路的可逆性原理

光路的可逆性原理

當(dāng)前50頁，總共63頁?！?惠更斯原理1、光線

：光能量的傳播方向的幾何線

理想模型：不是細(xì)光束2、波面：光波相位相等的各點(diǎn)構(gòu)成的面．波前：最前面的那個(gè)波面均勻各向同性介質(zhì)：直線非均勻介質(zhì)：曲線3、單心（同心）光束

物點(diǎn)為頂點(diǎn)的發(fā)散光束，其波面為球面。

物點(diǎn)為頂點(diǎn)的發(fā)散光束

一、波的幾何描述波矢量：當(dāng)前51頁，總共63頁。波面與波線

當(dāng)前52頁，總共63頁。二、惠更斯原理的表述惠更斯原理

“媒質(zhì)中波傳到的各點(diǎn)，都可看作開始發(fā)射球面子波(次級波)的子（次）波源，在以后的任一時(shí)刻，這些子波面的包絡(luò)面就是新的波前”。若媒質(zhì)均勻、各向同性

,各子波都是以波速u向外擴(kuò)展的球面波。當(dāng)前53頁，總共63頁。例：已知t時(shí)刻的波面，得出

t+

t時(shí)刻的波面,

就可得出波的傳播方向.平面波t+t時(shí)刻波面····utt時(shí)刻波面·······t+t球面波t不足:(1)不能說明子波為何不能倒退

.(2)不能正確說明某些波動現(xiàn)象(如干涉等)實(shí)驗(yàn)說明了惠更斯原理的正確性。當(dāng)前54頁，總共63頁。根據(jù)惠更斯原理，用作圖法可求出折射波的傳播方向。作圖法共分四步:(1)畫出入射波的波面AB2.波的折射u1u1t··FDr(2)畫子波的波面(3)畫子波波面的包絡(luò)面(4)畫折射波的傳播方向u2tu2折射波傳播方向入射波A··E·Ci法線媒質(zhì)1、折射率n1媒質(zhì)2、折射率n2B1.波的反射（略）三、惠更斯原理對反射定律和折射定律的解釋當(dāng)前55頁，總共63頁。56折射定律絕對折射率定義即導(dǎo)出折射定律得當(dāng)前56頁，總共63頁。四、直線傳播問題大孔徑障礙物光的傳播方向

用惠更斯原理解釋光直進(jìn)性：在包絡(luò)面兩側(cè)D和C以外的擾動是可以忽略不計(jì)，所以QAC和QBD就是通過孔隙的邊緣光線，它們都是直線。但CD兩側(cè)為什么有次波存在？當(dāng)前57頁，總共63頁。用惠更斯原理不能完滿解釋光的衍射

五、光的衍射問題衍射問題衍射問題小孔徑障礙物光的傳播方向

波達(dá)到狹縫處，縫上各點(diǎn)都可看作子波源，作出子