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❖ 前言 光的本质-电磁波1
0.1 电磁波
–概念：
–振动在空间的传播形成了 波。在水面波中，发生振 动着的是水分子的位移矢 量。 –波动（wave）是一种传 递振动、传递能量但不传 送质量的运动形式。
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❖ 前言 光的本质-电磁波2 – 波的分类 – 根据传递方式分为：
– 机械波 (也称力学波 ，mechanical wave ) – 电磁波 ( electromagnetic, EM, wave )
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谢 谢！
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个人观点供参考，欢迎讨论！
1. 被研究对象(如狭缝,小孔,透镜口径,挡光屏等)的 几何尺寸D远大于入射光波波长λ
D/λ >>1 衍射现象不明显，定律适用。 D/λ ~ 1 衍射现象明显，定律不适用。
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❖ 第一章 几何光学-成立条件2
1.1 成立条件
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。
注意：几何光学的基本实验定律有一质相对于真空的折射率
nc/v
其中
，折射率不仅与介质有
关，还与光的频率有关。
nsini c sinr v
称为绝对折射率，简称折射率。
根据折射率大小，介质可分为光密介质和光疏介质。
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❖ 第一章 几何光学-基本定理7
几种介质的折射率
介质 金刚石 玻璃 水晶 岩盐
冰
折射率 2.42
1.50 ~ 1.75 1.54 ~ 1.56
《光学》，前3~2世纪，欧几里得著，已指出光在平面 上反射时，入射角等于反射角。其后研究了光的折射等成 像规律，并制成各种光学元件。
1672年，牛顿分光实验，白光中包含不同颜色的光。 1678年，惠更斯提出波动说。 1704年，牛顿提出微粒说。 1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人 们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。
费马原理的表述
费马定理：光从空间的一点到另一点，是延光程极 值的路径传播的；或者说，光线延光程的极大、极 小或常量路径传播。 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。 它是几何光学的最基本的定律，上述的几个定律皆 由此导出。
强光折射引起自聚焦
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❖ 第一章 几何光学-光线的表示1
1.2 光线的表示
光线 ：光能量的传播方向的几何线。
理想模型：不是细光束
S 均匀各向同性介质：直线
非均匀介质：曲线
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这一章是研究光在均匀介质中的传播和成像问题。
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❖ 第一章 几何光学-光线的表示2 光束与波面
典型有：平行光束、同心光束（会聚或发散）和象散 光束。
1.54 1.31
介质 水
酒精 乙醚 水蒸气 空气
折射率 1.33 1.36 1.35 1.026 1.0003
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❖ 第一章 几何光学-基本定理8 全反射定理：当光线从光密介质入射到光疏介质 中，当入射角大于一定值，光线全部返回光密介 质中，返回光线遵循反射定理。
入射角称临界角：
sin C 1 sin 90 n
– 根据波动的特性分为：
– 横波 ( Transverse Wave ) – 纵波( Longitudinal Wave )
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❖ 前言 光的本质-电磁波3
– 横波 ( Transverse Wave ) – 纵波( Longitudinal Wave )
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❖ 前言 光的本质-光波1
0.2 光波
定义：长期以来的科学理论和实验证实，光是一种频
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❖ 第一章 几何光学-基本定理9 全反射的应用
全反射棱镜
光学纤维
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❖ 第一章 几何光学-基本定理10
光路可逆定理
光线传播的可逆性 · 令 CO 为入射光线， 则 OA 为反射光线（反 射定律） · 令 BO 为入射光线， 则 OA 为折射光线（折 射定律） 由此说明光的传 播是可逆的，即光路 的可逆性。
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❖ 第一章 几何光学-基本定理11
费马定理
光程：介质折射率n和光线在介质内传播的距 离l的乘积。
〔 l 〕= n l
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。 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。
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❖ 第一章 几何光学-基本定理12
光学知识简述（一）
目录
• 前 言 光的本质 • 第一章 几何光学 • 第二章 物理光学 • 第三章 光电效应 • 第四章 激光
❖ 前言 光的本质-光学历史
《墨经》，成书于公元前4~3世纪，其中已有对于小孔 成象、镜面反射的描述，其中已包含了 光线及其沿直线传 播思想，但没有对光的本质进行深入的思考。
弧矢 焦线
子午 焦线
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❖ 第一章 几何光学-基本定理1
1.3 基本定理
直线传播定理：光在均匀介质中沿直线路 经行进。( 忽略衍射现象 )
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❖ 第一章 几何光学-基本定理2 光在非均匀介质中的传播
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❖ 第一章 几何光学-基本定理3 光的独立传播定律：以不同的途径传播的 光同时在空间某点通过时，彼此互不影响， 各路光好像其他光线不存在似地独立传播。 而在各路光相遇处，其光强度是简单地相 加，总是增强的。( 忽略干涉现象 ) 注意：光不能太强
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❖ 第一章 几何光学-基本定理4
反射与折射定律
反射定理：光线在两种介质的分界面上发生反射，反射
角等于入射角。
I I
折射定理：光线在两种介质的
分界面上发生折射，折射角与入 射角满足关系
斯涅耳公式 n 2sii2 nn 1sii1 n
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❖ 第一章 几何光学-基本定理5 光的反射与折射
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❖ 第一章 几何光学-基本定理6
率极高的电磁波。以可见光为例，其频率在
赫
兹（Hz）。
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❖ 前言 光的本质-光波2
– 光波的数学表示
右手定则
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❖ 前言 光的本质-光波3
– 波段
– 可见光的组成
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❖前言 光的本质-光学的分类
1、几何光学 2、波动光学 3、量子光学 4、现代光学
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❖ 第一章 几何光学-成立条件1
1.1 成立条件