《基础光学》PPT课件

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1、光学武汉大学物理科学与技术学院2010级同学们好！主讲于国萍主要参考书赵凯华、钟锡华《光学》上下册(北大)钟锡华《现代光学基础》（北大）郭永康、鲍培谛《基础光学》(四川大学)郭光灿、庄象萱《光学》(高教社)章志鸣、沈元华、陈惠芬《光学》(高教社)母国光、战元令《光学》(人民教育社)E.赫克特；A.赞斯《光学》上下册(高教社)前言一、光学的研究对象及学习光学的意义1.光学的研究对象光学是研究光的本性、光的产生与控制、光的传输与检测、光与物质的相互作用，以及它的各种应用的学科。2.学习光学的意义光学是物理学中一门重要的基础学科，也是一门应用性很强的学科。二、光学发展简史光是什么？见资料：光

2、学发展史光是什么？1.光的本质是什么？2.光具有那些特性？由于激光的优异性能，引起了人们对光的本性研究的进一步深入。激光与一般光波不同的光子统计分布规律光束中的光子存在着聚簇性现象的原因量子力学描述光束的所谓“相干态”，激光所特有的“压缩态”等问题三、光学课的特点及学习方法特点:术语多、概念多、头绪多方法：注意概念的理解、熟悉思维方法四、课程安排及考核1.课程安排2.考核：平时20%，期中考试20%，期末考试60%。第一章几何光学§1.1几何光学的基本定律和费马原理1.1基本定律光源、点光源、光线、光束1.光的直线传播定律2.光的独立传播定律3.光的反射定律4.光的折射定律由上述

3、定律可得出光路可逆性原理。*几何光学实验定律成立的条件被研究对象的几何尺寸D远大于入射光波波长D/>>1衍射现象不明显，定律适用。D/~1衍射现象明显，定律不适用。2.入射光强不太强在强光作用下可能会出现新的光学现象。：几何光学的基本实验定律有一定的近似性、局限性。例：自感应透明（强光入射时）普通光源694.3nm红宝石片I＜＜I0强烈吸收闪光时间30s，脉冲宽度1ms峰值功率10—104W红宝石片I/I0=90％脉冲红宝石激光器694.3nm1.2费马原理一、光程定义光程：〔l〕=nl均匀介质中:光程表示光在该介质中走过的几何路程l与介质折射率n的乘积因为n=c/v，于是得

4、〔l〕/c=l/v可见：光程表示光在介质中通过真实路径l所需的时间内，在真空中所能传播的路程为什么要引入光程的概念？有例如：同频率的两束光波，分别在两种不同的介质中传播，在相同的传播时间内，两光波所传播的几何路程不同即：*可见，光在不同的介质中，相同的时间内传播的几何路程不同，但光程相同。又有光程的概念可理解为：光在介质中通过真实路程所需时间内，在真空中所能传播的距离。借助光程，可将光在各种介质中走过的路程折算为在真空中的路程，便于比较光在不同介质中传播所需时间长短。1.均匀介质中光程〔l〕=nl2.若光线从A出发，中间经过N种不同的均匀介质而到达B点，则总光程〔l〕为3.若A点到

5、B点之间介质的折射率是缓慢连续改变的，则光程为二.费马原理的表述费马原理：光线在A、B两点之间传播的实际路径，与其它可能的邻近的路径相比其光程为极值。即：光沿光程为极值（极大、极小或常量）的路径传播。又因为t=〔l〕/c费马原理也可表述为：光沿着所需时间为极值的路径传播。费马原理的数学描述在光线的实际路径上光程的变分为零，即费马用光程的概念把几何光学的基本定律归结为一个统一的基本原理，是基本定律的普遍表述。它可以从总体上确定不考虑衍射时，光线行进的路径。三.费马原理的应用由费马原理可以推导出几何光学的全部基本实验定律，可以确定光线的传播方向、路径例：利用费马原理导出折射定律点光源A（x

6、1，y1，0）接收器B（x2，y2，0）入射线与界面交点CC（x，0，z）令：由A点到B点的光程:XB(x2,y2,0)x2C(x,0,z)i1i2A（x1,y1,0）-x10yxl1l2n1n2A—B的路径应选择哪一条？的路径。按费马原理C点的位置应使[ABC]为极值。求路径l光程变分为0的条件：光线只取将l1、l2的表达式代入上式有1.只有Z=0（2）式才成立。C点Z=0说明：C点位于过A、B点且垂直于折射界面的平面.即:入射线、法线、折射线三者共面。2.讨论：C(x,0,z)i1i2l2B(x2,y2,0)x2-x1xOA(x1,y1,0)Yl1X§2成像的基本概念2.1物和像同

7、心光束相交于一点或延长线相交于一点的光束会聚的同心光束发散的同心光束象散光束物和像物点和像点：实物、虚物、实象、虚象物面和像面：物点、像点的集合S2S2’ⅠⅡⅢS1’S3S3’n1n2n3n4光学系统:单个或多个光学元件组成的系统物方空间：实际的入射光线所在的空间像方空间：实际的出射光线所在的空间对应的有物方折射率和像方折射率2.2理想光学系统同心光束通过系统后仍能保持为同心光束理想光学系统成像的性质：1.物象之间的共轭性；··2.物象之间的等