《现代光学基础姚》课件

《现代光学基础》课件本课件旨在帮助学习者深入了解现代光学基础知识我们将从光的本质出发，探索现代光学的发展历程、重要理论和应用实践，并为学习者提供丰富的案例和思考题课程简介课程目标课程内容12了解现代光学的基本概念，掌涵盖几何光学、波动光学、激握光学器件的工作原理和应用光原理、光纤通信等核心内容教学方式考核方式34课堂讲授、实验演示、课后作平时成绩和期末考试相结合业、课程讨论等光学的基本概念光的本质光速光的频率和波长光是一种电磁波，具有波粒二象性它光在真空中传播的速度约为每秒光的频率和波长决定了光的颜色可见既表现出波的性质，如干涉和衍射，又米，是宇宙中最快的速度光谱从红光到紫光，频率逐渐增加，波299,792,458表现出粒子的性质，如光电效应长逐渐减小几何光学光的直线传播1光在均匀介质中沿直线传播光的反射2光线遇到两种介质分界面时，会改变传播方向，返回原介质中光的折射3光线从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生改变，进入另一种介质中反射定律反射角等于入射角反射光线和入射光线分居法线两侧反射光线、入射光线和法线在同一平面内反射光线、入射光线和法线都在同一平面内折射定律入射角折射角光线入射到分界面时，入射光线与法光线折射后，折射光线与法线的夹角线的夹角..折射率描述光线在不同介质中传播速度的物理量.薄透镜透镜类型焦点薄透镜分为凸透镜和凹透镜两种透镜的焦点是平行光线通过透镜后汇聚或发散的点焦距焦距是透镜的焦点到透镜中心的距离接合透镜定义优点12接合透镜是由两个或多个不同接合透镜可以校正色差，减少折射率的透镜组合而成，通过像差，提高成像质量胶合或气隙的方式将它们固定在一起应用3广泛应用于相机镜头，望远镜，显微镜等光学仪器中光圈和视场光圈视场光圈控制通过镜头进入相机的光量光圈越大，进入的光量越多视场指的是相机镜头可以捕捉到的场景范围视场越广，相机可，图像越亮以拍摄的范围越大瞳距和视角瞳距视角两眼瞳孔中心的距离，影响双眼观察者眼睛能够看到的范围，取视觉的范围决于观察距离和物体大小波动光学惠更斯原理1每个波前上的点都是新的子波源，新的波前是所有子波的包络线干涉现象2当两束或多束光波相遇时，由于波的叠加而产生的振幅变化现象衍射现象3光波在传播过程中遇到障碍物或孔径时，偏离直线传播的现象干涉现象当两列或多列相干光波相遇时，会在干涉现象是波动性的一种重要体现，空间中产生稳定的叠加，从而形成一它证明了光具有波的性质系列明暗相间的条纹，这就是干涉现象常见的干涉现象包括双缝干涉、薄膜干涉等衍射现象单缝衍射多缝衍射当光波通过一个狭缝时，它会发生衍射，形成明暗相间的条纹当光波通过多个狭缝时，会产生更复杂的衍射图样，形成更精细的条纹双缝干涉光波的叠加明暗相间波长决定当两束光波相遇时，它们会叠加，产生干涉条纹是明暗相间的，这是由于光波干涉条纹的间距取决于光波的波长，波干涉现象叠加后的振幅变化长越短，间距越小薄膜干涉薄膜干涉原理1当光线照射到薄膜上时，部分光线会反射回来，而另一部分会透射过去反射光和透射光会相互干涉，形成干涉条纹干涉条纹的类型2薄膜干涉条纹可以是明暗相间的条纹，也可以是彩色条纹条纹的类型取决于薄膜的厚度、折射率以及入射光的波长应用3薄膜干涉在光学仪器、光学镀膜、光学测量等领域都有广泛的应用全反射光的折射入射角和折射角当光线从一种介质进入另一种入射角是入射光线与法线的夹介质时，它的传播方向会发生角，折射角是折射光线与法线改变，这就是光的折射现象的夹角全反射当光线从光密介质进入光疏介质时，如果入射角大于临界角，光线将完全反射回光密介质中，这就是全反射现象光的偏振横波特性偏振方向偏振光的产生光是一种电磁波，具有横波的特性，这光的偏振方向是指电场振动方向，它可自然光通常是无偏振的，可以使用偏振意味着其振动方向垂直于传播方向以是线性的、圆形的或椭圆形的片或其他方法将其转换为偏振光偏振平面的旋转光波的偏振光波是横波，其电场矢量的振动方向称为偏振方向偏振平面的定义偏振平面是由光波的传播方向和电场矢量的振动方向所确定的平面旋转偏振平面可以通过光学元件，例如波片或旋光材料，来旋转偏振平面线偏振光和椭圆偏振光线偏振光椭圆偏振光电场矢量振动方向始终保持在一个固电场矢量的端点在垂直于传播方向的定平面内，该平面称为偏振面平面上描绘出一个椭圆，并且椭圆的形状和方向会随时间变化偏振光的应用太阳镜液晶显示器偏振太阳镜可以有效地过滤掉强液晶显示器利用偏振光的性质来烈的阳光反射，从而减轻眼睛的控制光线的通过，从而显示图像疲劳电影3D电影利用偏振光技术来模拟立体效果，让观众体验更逼真的视觉效果3D光的色散折射率色散现象不同波长的光在介质中的传播速度不同，导致折射率不同当一束白光通过棱镜后，不同波长的光会被折射到不同的方向，形成彩色光谱色散光谱白光通过棱镜或光栅后，被分解成不同颜色的光，形成连续的光谱色散光谱按照波长排列，从红光到紫光，包含了可见光的所有颜色光谱的特点连续光谱线状光谱12包含所有波长的光，例如白炽仅包含某些特定波长的光，例灯发出的光如原子气体发出的光带状光谱3由多个紧密排列的线状光谱组成，例如分子气体发出的光光谱分析的应用天文学化学医学光谱分析用于研究恒星和星系的成分和运光谱分析用于识别和量化物质的成分光谱分析用于诊断疾病和监测患者状况动激光原理受激辐射1原子从高能级跃迁到低能级时释放光子光放大2受激辐射产生的光子与其他原子相互作用，引起更多原子跃迁，产生更多光子谐振腔3反射镜使光子在腔体内多次反射，产生连锁反应，放大光束激光的特性和应用单色性方向性激光具有高度的单色性，这意味激光具有高度的方向性，这意味着它只发出一种频率的光着它可以聚焦到一个非常小的点上相干性激光具有高度的相干性，这意味着它的光波是同步的，并且可以相互干涉光纤通信光纤通信光纤是一种由玻璃或塑料制成的细长而透明的纤维，用于传输光光纤通信利用光纤作为传输介质，以光信号的形式传递信息信号光电探测器光电转换成像将光信号转换为电信号用于图像传感器、相机等光通信用于光纤通信系统光电转换的应用光纤通信图像传感器医疗诊断光电转换技术是光纤通信的核心它将数码相机、手机和监控摄像头等设备都光电转换技术用于医疗成像和诊断，例光信号转换为电信号，反之亦然，使信使用光电转换器将光信号转换为电信号如射线、和X CTMRI息能够在光纤中高效传输，从而形成图像课程总结本课程介绍了现代光学的基礎知識，涵蓋了幾何光學、波动光学、激光原理和光电探测器等重要内容。