新概念光学第一章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
★电致发光——电场补给能量……日光灯 ★荧光——电磁波或电子束作用下……电子显象管
★磷光——受电磁波或电子束作用后的持续发光……夜光表指针
★化学发光——化学反应，如腐物在空气中氧化……“鬼火”
★生物发光——特殊类型的化学反应……萤火虫
★可见光:波长范围 400nm 760nm
c
可见光：400 ~ 760 nm；频率范围： 7.51014 Hz 4.11014 Hz
第一章 光和光的传播
§1 光和光的传播
一、光的本性(绪论)
1、萌芽时期 (公元前5世纪～公元15世纪末)
人眼发出的触须样；物体发出的——争论…
2、几何光学时期 (AC16～AC18世纪)
微粒说；波动说；微粒说占上风——因为牛顿太伟大了……
3、波动光学时期 (AC19～20世纪初)
1865，麦克斯韦方程：电磁波波速为C→光也是电磁波 1888，赫兹实验： 弹性媒质以太中的横波 ★成就：光与电磁波统一，自然现象相互联系的辩证思
(4) 应用：改变光路方向：航天器、 精密光学仪器等
光的折射
二、全反射 光学纤维（光导纤维）
1、全反射
⑴ 当光从光密介质进入 光疏介质，入射角达到某 一值（临界角）时，不再 有折射光而全部被反射— —全反射，其临界角的大 小为
ic
arcs in
n2 n1
n1 sin ic n2 sin 90
全反射
颜色
黄（D双线）
紫 蓝 绿 黄
镉（Cd）
634.8
红
氪（Kr）
605.7
橙
⑵ 光强度
r r r ★坡印亭矢量：电磁波的平均能流密度、平面电磁波是横波 S EH
★坡印亭矢量的大小
rr S EH
r0 E2
r 0
★关系式
r0 E r0 H
平面电磁波是横波
c 1
0 0
n r
★光强度——波动观点 ——电磁波的平均能流密度S
02
2
02
T 2
同一种介质，来自百度文库常只写： I E02
三、光学的研究对象、分支与应用
1、几何光学 线 直线传播、反射、折射、成像 ……应用光学
2、波动光学 波 干涉、衍射、偏振、光速—介质波 3、量子光学 粒子 黑体辐射、光电效应、康普顿效应
——光子…… 德布罗意波—概率波……波粒二象性 4、现代光学 光子学 激光、光纤通信、非线性光学
想，对光的本性认识前进了一大步。 ★遗留问题：以太的问题；光波到底是什么波？
4、量子光学时间（1900～1960）
①光的粒子性 黑体辐射、光电效应、康普顿效应等 ②光的波动性 大量的干涉、衍射、偏振现象 ③德布罗意物质波 每一物质粒子都与一定波相联系
戴维孙——革未电子衍射实验 1927年 ④光的波粒二象性 E=hν ； P=h/λ ⑤玻恩 1925年，波粒二象性的几率解释——概率波
5、现代光学时期 (20世纪60年代开始) 关于光的本性——···至今答案没有令人满意的答案 任何经典的概念都不能完全概括光的本性。 波粒二象性暂时回答光的本性问题。
二、光源与光谱
1、热辐射
★温度辐射——在一定温度下处于热平衡状态物体的辐射， 如太阳、白炽灯、烧红的铁等。
2、光的非热发射
⑴ 一些基本概念
对称：光路可逆
③ 漫反射现象之解释
光的反射与折射
3、折射定律
(1) 文字表述（略）；
(2) 数学表式 (3) 讨论
sin sin
n1 i1
i2
sin i1 v1
v2
n2 n2
n1
sin i2 ,n
c v
①
色散现象
sin i2
n1 n2
sin
i1
f (n)
f ()
② 光疏媒质与光密媒质之相对性
n0 cos0 n1 cos1 n2 cos2 L 常量
i 90o
光在渐变折射率介质中传播
三、棱镜与色散
1、色散：折射角随波长而不同—— 色散光谱 2、三棱镜：横截面是三角形棱镜
三棱镜的折射
3、三棱镜的最小偏向角
过程略（见课本P12-13）
当 i1 i1, 亦i2 i2
有
sin min
n
2
sin
2
★此时，入射光与出射光对称，棱镜内光线与棱镜底边平行
4、棱镜作用
(1) 改变光路—— 科研、军事、生产、航天等 (2) 色散—— 重要的分光元件
两类光谱仪之一，棱镜、光栅
三棱镜的色散
光谱仪原理
1. 光纤连接口 2. 狭缝 3. 滤波片 4. 准直镜 5. 分光原件（光
栅、或棱镜） 6. 准直镜 7. 聚光透镜 8. 探测器 9. CCD、光电探
★光速——常数 c 299792458m/s 3108m/s
★单色光——谱线宽度：
连续光谱
线光谱
★复色光——谱密度 i() dI d
I
0
dI
i()d
0
典型谱线
元素 钠（Na）
汞（Hg）
谱线波长/nm
589.0，589.6
404.7，407.8 435.8 546.1（最强） 577.0，579.1
⑵ 利用全反射改变光路在生产和科研上有广泛的应用。
⑶ 光纤通信就是利用全反射原理
2、光导纤维—— 光学纤维 ⑴ 原理：全反射
⑵ 结构：纤芯的折射 率大于包层的照射率
n1 n2
光导纤维的原理
3、利用全反射改变光路 利用全反射棱镜改变光路
4、光在渐变折射率介质中传播——海市蜃楼 n0 sin i0 n1 sin i1 n2 sin i2 L 常量
在光波频段： r 1
r0 E r0 H
c 1
0 0
n r
S EH E
0r E 0r
0 0
r E2
n
c0
E2
I S
S
1 T
T
Sdt
nE02
0
Tc0
T 0
cos2 (t
)dt
n
2c0
E02
T 1 [1 cos 2( t)]dt 1 T sin (2 t 2) T 1 T
新概念物理教程
光学
课程介绍
• 期末成绩构成
平时（20）+期中考试（20）+期末考试（60）
• 平时成绩
课堂考勤及表现10+作业10分 作业需在后一周之内上交，过期不予批改。
第一章 光和光的传播
§1 光和光学 §2 光的几何光学传播规律 §3 光的波动光学传播基础——惠更斯原理 §4 费马原理 §5 光度学基本概念
集成光学、信息光学、超快速光学…… ●光子计算机 并行、宽带、高速、准确
§2 光的几何光学传播规律
一、几何光学三定律
1、直线传播定律：各向同性均匀介质
物体的影子
针孔成像
2、反射定律 (1) 文字表述（略）
(2) 数学表式 i i
(3) 讨论： ① 与 n 无关；无色散。
② i i 则 i i ，
★磷光——受电磁波或电子束作用后的持续发光……夜光表指针
★化学发光——化学反应，如腐物在空气中氧化……“鬼火”
★生物发光——特殊类型的化学反应……萤火虫
★可见光:波长范围 400nm 760nm
c
可见光：400 ~ 760 nm；频率范围： 7.51014 Hz 4.11014 Hz
第一章 光和光的传播
§1 光和光的传播
一、光的本性(绪论)
1、萌芽时期 (公元前5世纪～公元15世纪末)
人眼发出的触须样；物体发出的——争论…
2、几何光学时期 (AC16～AC18世纪)
微粒说；波动说；微粒说占上风——因为牛顿太伟大了……
3、波动光学时期 (AC19～20世纪初)
1865，麦克斯韦方程：电磁波波速为C→光也是电磁波 1888，赫兹实验： 弹性媒质以太中的横波 ★成就：光与电磁波统一，自然现象相互联系的辩证思
(4) 应用：改变光路方向：航天器、 精密光学仪器等
光的折射
二、全反射 光学纤维（光导纤维）
1、全反射
⑴ 当光从光密介质进入 光疏介质，入射角达到某 一值（临界角）时，不再 有折射光而全部被反射— —全反射，其临界角的大 小为
ic
arcs in
n2 n1
n1 sin ic n2 sin 90
全反射
颜色
黄（D双线）
紫 蓝 绿 黄
镉（Cd）
634.8
红
氪（Kr）
605.7
橙
⑵ 光强度
r r r ★坡印亭矢量：电磁波的平均能流密度、平面电磁波是横波 S EH
★坡印亭矢量的大小
rr S EH
r0 E2
r 0
★关系式
r0 E r0 H
平面电磁波是横波
c 1
0 0
n r
★光强度——波动观点 ——电磁波的平均能流密度S
02
2
02
T 2
同一种介质，来自百度文库常只写： I E02
三、光学的研究对象、分支与应用
1、几何光学 线 直线传播、反射、折射、成像 ……应用光学
2、波动光学 波 干涉、衍射、偏振、光速—介质波 3、量子光学 粒子 黑体辐射、光电效应、康普顿效应
——光子…… 德布罗意波—概率波……波粒二象性 4、现代光学 光子学 激光、光纤通信、非线性光学
想，对光的本性认识前进了一大步。 ★遗留问题：以太的问题；光波到底是什么波？
4、量子光学时间（1900～1960）
①光的粒子性 黑体辐射、光电效应、康普顿效应等 ②光的波动性 大量的干涉、衍射、偏振现象 ③德布罗意物质波 每一物质粒子都与一定波相联系
戴维孙——革未电子衍射实验 1927年 ④光的波粒二象性 E=hν ； P=h/λ ⑤玻恩 1925年，波粒二象性的几率解释——概率波
5、现代光学时期 (20世纪60年代开始) 关于光的本性——···至今答案没有令人满意的答案 任何经典的概念都不能完全概括光的本性。 波粒二象性暂时回答光的本性问题。
二、光源与光谱
1、热辐射
★温度辐射——在一定温度下处于热平衡状态物体的辐射， 如太阳、白炽灯、烧红的铁等。
2、光的非热发射
⑴ 一些基本概念
对称：光路可逆
③ 漫反射现象之解释
光的反射与折射
3、折射定律
(1) 文字表述（略）；
(2) 数学表式 (3) 讨论
sin sin
n1 i1
i2
sin i1 v1
v2
n2 n2
n1
sin i2 ,n
c v
①
色散现象
sin i2
n1 n2
sin
i1
f (n)
f ()
② 光疏媒质与光密媒质之相对性
n0 cos0 n1 cos1 n2 cos2 L 常量
i 90o
光在渐变折射率介质中传播
三、棱镜与色散
1、色散：折射角随波长而不同—— 色散光谱 2、三棱镜：横截面是三角形棱镜
三棱镜的折射
3、三棱镜的最小偏向角
过程略（见课本P12-13）
当 i1 i1, 亦i2 i2
有
sin min
n
2
sin
2
★此时，入射光与出射光对称，棱镜内光线与棱镜底边平行
4、棱镜作用
(1) 改变光路—— 科研、军事、生产、航天等 (2) 色散—— 重要的分光元件
两类光谱仪之一，棱镜、光栅
三棱镜的色散
光谱仪原理
1. 光纤连接口 2. 狭缝 3. 滤波片 4. 准直镜 5. 分光原件（光
栅、或棱镜） 6. 准直镜 7. 聚光透镜 8. 探测器 9. CCD、光电探
★光速——常数 c 299792458m/s 3108m/s
★单色光——谱线宽度：
连续光谱
线光谱
★复色光——谱密度 i() dI d
I
0
dI
i()d
0
典型谱线
元素 钠（Na）
汞（Hg）
谱线波长/nm
589.0，589.6
404.7，407.8 435.8 546.1（最强） 577.0，579.1
⑵ 利用全反射改变光路在生产和科研上有广泛的应用。
⑶ 光纤通信就是利用全反射原理
2、光导纤维—— 光学纤维 ⑴ 原理：全反射
⑵ 结构：纤芯的折射 率大于包层的照射率
n1 n2
光导纤维的原理
3、利用全反射改变光路 利用全反射棱镜改变光路
4、光在渐变折射率介质中传播——海市蜃楼 n0 sin i0 n1 sin i1 n2 sin i2 L 常量
在光波频段： r 1
r0 E r0 H
c 1
0 0
n r
S EH E
0r E 0r
0 0
r E2
n
c0
E2
I S
S
1 T
T
Sdt
nE02
0
Tc0
T 0
cos2 (t
)dt
n
2c0
E02
T 1 [1 cos 2( t)]dt 1 T sin (2 t 2) T 1 T
新概念物理教程
光学
课程介绍
• 期末成绩构成
平时（20）+期中考试（20）+期末考试（60）
• 平时成绩
课堂考勤及表现10+作业10分 作业需在后一周之内上交，过期不予批改。
第一章 光和光的传播
§1 光和光学 §2 光的几何光学传播规律 §3 光的波动光学传播基础——惠更斯原理 §4 费马原理 §5 光度学基本概念
集成光学、信息光学、超快速光学…… ●光子计算机 并行、宽带、高速、准确
§2 光的几何光学传播规律
一、几何光学三定律
1、直线传播定律：各向同性均匀介质
物体的影子
针孔成像
2、反射定律 (1) 文字表述（略）
(2) 数学表式 i i
(3) 讨论： ① 与 n 无关；无色散。
② i i 则 i i ，