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第三章    光学与光电信息技术
§ 几何光学
§ 波动光学
§ 光电信息技术
第三章光学与光电信息技术
§ 几何光学
几何光学是光学学科中,以光线为基础研究光的传播和成像规律的一个重要的实用性分支。
几何光学是当光波的波长→ 0 时的极限情况。能以其简便的方法解决光学仪器中的光学技术问题。
光线传播的基本定律
1、光线的直线传播定律2、光的独立传播定律3、反射定律:确定光在反射过程中反射光线方向的定律。光在两种媒质的平滑界面上反射时,
反射定律示意图
光线传播的基本定律
4、折射定律
n’sin i’= n sin i
全反射: i’= 90°,此时光线按反射定律全部反射。
临界角:折射角正好为90°时的入射角ic 。
在光导纤维中,光线就是靠一次次的全反射来传播的。
折射定律示意图
§ 波动光学
光的波动学说
首先是惠更斯在1690年提出来的。他设想光的传播类似水波、声波。光振动所达到的每一点都可以看作次波的中心。次波的包络面为传播着的波阵面。波阵面上每一点又产生新的次波,依次继续传播。但这个原理只能说明光的折射和反射。
到了1815年菲涅耳补充了惠更斯原理,即各次波到达某一点的作用,要考虑到次波间的位相关系。这补充能很好地说明光的衍射现象,称惠更斯-菲涅耳原理。
§ 光的干涉
一、干涉现象 光的干涉已经广泛地用于精密计量、天文观测、光弹性应力分析、光学精密加工中的自动控制等许多领域。
双孔干涉实验
x
k=+1
k=-2
k=+2
k= 0
k=-1
S
1
S
2
S
*
*
*
I
杨氏双孔干涉
演示:杨氏双缝干涉
二、相干条件
相干条件要求:
①各成员波的频率(因而波长)相同;
②任两成员波的初位相之差在t内保持不变;
③两波的振幅不得相差悬殊;
④在叠加点两波的偏振面须大体一致。
相干光源或相干光波:
满足相干条件的光源或光波。
三、产生相干光波的方法
相干光波产生的方法:分波面法和分振幅法1、分波面干涉
从同一源波面上分出若干个面域,使它们继续传播而发生干涉。
例:杨氏干涉
菲涅耳双镜干涉
菲涅耳双镜干涉
2、分振幅干涉
采用一块光学媒质使入射波在其表面上发生反射和折射,然后令反射波和折射波在继续传播中相遇而发生干涉。
例:牛顿环装置
牛顿环
牛顿环装置