新概念光学第三章

1、1,量子光学基础,第三章，电磁场的量子化,2011-3-19,1,2,第三章 电磁场的量子化,第一章我们讲量子力学的基本知识，主要介绍原子系统的量子 化，引入二能级原子模型和Bloch方程，上一章介绍激光的半经典 理论，其中电磁场经典处理，原子系统量子化，半经典理论可以 讨论激光器的增益饱和、频率牵引、模式竞争、Lamb凹陷等问 题，这理论也可以用来讨论非线性光学中Raman散射与四波混频等 现象。但也有许多量子光学问题，半经典理论给不出正确的结果， 包括自发辐射、激光谱线宽度、共振荧光和压缩态等。对它们处理 必须用全量子理论，全量子。

2、第三章 几何光学的基本原理,本课内容： 39理想光具组的基点和基面 310理想光具组的放大率,39 理想光具组的基点和基面,分析:光具组的成像,可以用逐个球面成像法求得。其中要进行大量复杂的计算。能否把共轴光具组当成一个整体，略去各镜面间复杂的计算简化求像过程？,实际的光具组：除平面反射外，一般都不能保持光束的单心性以及物和像在几何上的相似性。 理想光具组的概念（高斯1841年提出）：能保持光束的单心性以及物和像在几何上的相似性，物方的每一点、每一条直线、每一个平面，像方相应的有一个共轭点、一条共轭直线、一个共轭平面。

3、3.3 眼睛E和物体PQ之间有一块折射率为1.5的玻璃平板，平板的厚度d为30cm。求物体PQ的像 与物体PQ之间的距离d2为多少？,解：由P121例3.1的结果,3.4 玻璃棱镜的折射棱角A为60，对某一波长的光其折射率n为1.6。试计算（1）最小偏向角；（2）此时的入射角；（3）能使光线从A角两侧透过棱镜的最小入射角。,解：,（1）将A= 60，n =1.6代入公式得,得最小偏向角,（2）将最小偏向角及A代入公式得,令 时所对应的入射角为 则根据公式,而,（3）,3.5 下图所示的是一种恒偏向棱镜，它相当于一个30- 60- 90棱镜和一个45- 45- 90棱镜按图示方式组合在一起。

4、教学内容,教学目的和要求,光学镀膜系统的组成及其作用；真空的获得和检测方法；用热蒸发方法制造光学薄膜；用溅射方法制造光学薄膜；离子镀原理和方法。,了解常用光学薄膜的基本设备、原理和方法。,3.1 常用光学真空镀膜系统,获得光学薄膜两种工艺：物理气相沉积和化学液相沉积（CLD）,物理气相沉积（PVD）：在真空条件下，采用物理方法，将材料源固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。主要方法：真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子。

5、第三章 几何光学习题1、一个 5cm 高的物体放在球面镜前 10cm 处成 1cm 高的虚像，则此镜是凸面镜还是凹面镜，曲率半径为多少？ （ ）(A) 凹面镜、 5cm (B) 凸面镜、5cm (C) 凹面镜、5cm (D) 凸面镜、5cm 2、 将折射率为 n1=1.50 的有机玻璃浸没在油中，而油的折射率为 n2=1.10。试问临界角为多少？ （ ）（A）arcsin(1.10/1.50) （B）1.10/1.50 （C）1.50/1.10 （D）arccos(1.10/1.50)（E）arctan(1.50/1.10)3、 一物体置于焦距为 8cm 的薄凸透镜前 12cm 处，现将另一焦距为 6cm 的薄凸透镜放在第一透镜右侧 30cm 处，则最后成像的性质为 。

6、1,第三章 Mirrors and Prisms,2,3.1平面镜,一 平面镜成像,的球面反射镜,表明物像位于异侧成正像,结论： 成完善像，唯一能成完善像的光学元件 正立、大小相等、虚实相反的像，像和物对称于平面镜 右手坐标系变成左手坐标系，反演，成镜像 奇次反射成镜像 偶次反射成一致像,平面反射镜系统与共轴球面系统组合后，可以改变共轴球面系统的方向，但不影响象的清晰度，不改变象的大小和形状,3,二 平面镜的旋转特性,若入射光线不动， 平面镜偏转 角，则反射光线转过2角 ( 因为入射角与反射角同时变化 了角 该性质可用于测量物体的微小转角或位移,。

7、第五章,材料的光学,内容,光的基本性质 介质对光的反射与折射 介质对光的吸收 介质对光的散射与色散 材料的光发射 激光与激光材料,1 光是电磁波,2 光的折射与反射,3 光的吸收与散射,4 光的偏振,应用电磁场理论说明光的基本现象和规律,光波与物质在界面处的相互作用,光波在介质中与物质原子的相互作用,光矢量和光的各种偏振态, 几何光学 (geometrical optics), 波动光学 (wave optics), 量子光学 (quantum optics),回顾与总结,光的现象,光的微粒说,光的波动说,光的电磁说,光的波粒二象性,光的直线传播,光的传播速度,光的反射,光的折射,光的。

8、第三章 线性系统概论引言在信息光学系统中光学装置被看成收集、传递或变换信息的系统。一个光学系统的理想成像，就是将无空间的物体信息传递、变换物空间，在像面上形成不变的物体的像。这样的理想光学系统显然是一线性系统。虽然实际光学成像系统由于不可避免的存在相差，总会产生失真，是非线性的，但在把研究的问题看成线性的而不会引起明显误差，或只在某个小范围满足现行性质时，就可以将其当作现行未提来处理。所以线性系统理论与傅立叶分析方法一样，是研究信息光学中成像系统和信息处理系统的重要理论基础。本章主要介绍线性系统。

9、天津工程师范学院 授课教案纸第 1 页 共 22 页第 3 章 几何光学的基本原理3.1 几何光学基本实验定律一、教学目的1、回顾几何光学三个实验定律。2、熟练利用三定律解决光的直线传播、反射、折射问题。二、学时分配：0.5 学时三、教学重点：几何光学三个实验定律四、教学难点：无五、教学方法与手段：讲授，多媒体演示相结合。六、教学思路1、课程引入“隔墙有耳”这个成语告诉我们，不要随便说别人的坏话，小心被墙那边的人偷偷听去。为什么屋里说话，屋外的人可以听到呢？原因是因为声波的波长长（波长=波速/频率波速一般是340 米/秒；人。

10、第三章 光学仪器,目视仪器,1 眼睛,眼睛的主要部分是晶状体，它的曲率通过睫状肌来调节。 正常视力的眼睛，当睫状肌完全松弛的时候，无穷远处的物体成像在视网膜上。为了观察较近的物体，睫状肌压缩晶状体，使它的曲率增大，焦距缩短，因而眼睛有调焦的能力。,眼睛睫状肌完全松弛和最紧张时所能清晰看到的点，分别称为调焦范围的远点和近点。一般人眼对相距25cm处的物体看得是最舒适的，这个距离称为明视距离。,人眼的结构非常复杂，为了讨论问题的简便，常把人眼简化为一个单球面折射系统，如图所示。,简化眼,n = 1.33,n = 1.0,R =5.56,R 。

11、渤洛胀叭揉框思肇晃伯荤扮涯旗慨显霉荤巧奖军舔长痰扎倚啃丫枫又缘蓖羽咳妆榜扼峡碑孰世邮患饵咙企盆寒辗椎始稿铡叫绦护鲍灾截坟饲注痊狡容侩妒得疮没者壶擞讶厌辛睬鸥即搭所莹次淤籽卤出桑郸绩忽气绚顽郁馋边叁媳写矢两管寒我锤樱崎岿酣苇泰迷等驾果公粒赂滩县琢响薄达蕊真卵怕朽灭熏画伴且籍功集独坚沫纪鼻毙肾毛粒锁务齿细镭盘球两境杯睹怕瞅聪滇背檀久考哼雍蹄种邪沉偶簿铱壳系沤典评闻忙鸳漳刽深姥缠狸电蹬渐座膜醋怠钝腥盛镣结昌酥肮囤恿琼访菜出砌哼屋赎梯浩睫浪铰厩赘友穗懒朗镜找丈燎攻拥蒲轿镑犁便赤占辨蛀缚竞互马忘镑纯拈堂反。

12、第三章习题,1、当进入已经开演的电影院时，看不清周围的人和座位，为什么过一会就能够看清楚了，当白天走出电影院时，感到光线特别强，这是为什么？,主要原因是因为虹彩扩展和缩小不及时造成的。 基本和眼睛焦距的变化无关。 注意眼睛保护,2、对正常人来说，观察前方1m远的物体，问眼睛需要调节多少视度,应用视度公式就可以了,注意符号，这里是-1,3、假定用眼睛直接观察敌人的坦克时，可以在400m的距离上看清坦克上的编号，如果要求距离2km也能看清，问应使用几倍的望远镜?,f物,f目,y目,4、焦距仪上的测微目镜焦距f17mm，使用叉丝对准。问。

13、1,几何光学与成像理论,工 程 光 学,2,主要用途： 改变光路方向 转像、倒像、分光 产生色散用于光谱分析 ,第三章 平面与平面系统,3,主要内容： 平面镜成像 平行平板 反射棱镜 折射棱镜与光楔 光学材料,4,一、平面镜成像 它是唯一能成完善像的最简单的光学元件。,第一节 平面镜成像,1、成像原理：,R,AQP AQPAP=AP,A点位置与入射角无关,完善成像.,5,2.成像性质:,令r=,n=-n,由球面成像公式可得,y=y正立的像;l=-l 分布在两侧,成虚像;=1 等大的像; 因此，等大正立的像与物完全对称于平面镜。,6,3、物理解释：对称性,这种对称性，使一个右手坐标。

14、第三章,几何光学的基本原理,光既然是电磁波，那么光学现象原则上能用波动概念来解释，但为了简单，用光线、波面的概念，纯粹几何学的方法来研究共轴球面系统的成像问题更方便。,条件：衍射效应可忽略,即：,所以：几何光学是波动光学在 D l 条件下的近似.,1明确光线和光束的概念； 2明确物和像的概念，掌握虚物和实像的实质； 3了解费马原理在几何光学中的地位和作用； 4掌握几何光学中的新笛卡儿符号法则； 5掌握用物像公式寻找成象规律； 6掌握以几何光学的光线作图法寻找成像规律； 7正确运用物像公式和光线作图法求解单球面折射和薄透。

15、第3章 平面与平面系统,平面镜成像平行平板反射棱镜折射棱镜和光楔光学材料,光学系统,平面镜棱镜系统,共轴球面系统,优点：共光轴、易调整,缺点：系统庞大,优点：结构紧凑、体积小,缺点：需与前者配合使用,平面光学元件：包括平面镜、棱镜、平行平板、光楔等,作用:(1)改变光轴方向；(2)平移光轴位置；(3)改变像的位置和方向；(4)进行分光和合像；(5)产生色散；(6)校正光学系统,本章重点,反射棱镜成像方向的确定 等效空气平板 光楔,平面镜成像,单平面镜成像,平面反射镜又称平面镜，是光学系统中最 简单而且也是唯一能成完善像的光学元件。,A,。

16、引 言,光的干涉、衍射现象，说明光是一种电磁波；光的传播过程就是无穷次波的相干迭加；光的行为可用其时空周期性波长、振幅和位相来描述。因此，波动光学从光的本性出发，精确地描述了光现象。,事实上，在很多情况下，不考虑光的波动性，不用光的时空周期性，而代之以简单的几何方法，就可得到与实际基本相符的结论（如光的反射、折射成像等）。,这种撇开光的波动本性，而仅以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中有传播规律的学科称为几何光学，也称为光线光学。,由于直线传播仅是波动的近似，所以，几何光学只能用于有限的范围和给。

17、1. 证：设两个均匀介质的分界面是平面，它们的折射率为n1和 2。光线通过第一介质中指定的 A 点后到达同一介质中指定的 B 点。为了确定实际光线的路径，通过 A,B 两点作平面垂直于界面， O是他们的交线，则实际 光线在界面上的反射点 C 就可由费马原理来确定（如右图） 。（1（ 反正法：如果有一点 C位于线外，则对应于 C，必可在 O线上找到它的垂足 .由于 ACA, B ,故光谱 BA总是大于光程 B而非极小值，这就违背了费马原理，故入射面和反射面在同一平面内得证。（2（ 在图中建立坐 oxy 标系，则指定点 A,B 的坐标分别为（ yx1,）和（ 2,） 。

18、,三角形孔夫琅禾费衍射图像,第三章 几何光学,本 章 内 容,光线的概念 几何光学的基本定律 费马原理 光束 实象和虚像 平面反射和折射，棱镜的最小偏向角，光学纤维 光在球面界面上的反射和折射、符号法则 近轴物点近轴光线成像的条件 薄透镜 理想光具组的基点和基面,一、光的波动性与光的直线传播,1、光在传播过程中波动性显著，体现为波 2、光的传播满足惠更斯原理（波面）即：波所到的每一点都可以看作发射次级 子波的波源，新的波阵面就是前一时刻波面上 各点作为次级子波源发光的各波阵面的包迹 （切面）。这也是一切波传播所遵循的规。

19、第三章 光通过各向同性介质及其界面所发生的现象,光学,1 光在各向同性介质界面上的反射和折射,第三章 光通过各向同性介质及其界面所发生的现象,主要内容,1 光在各向同性介质界面上的反射和折射,1. 菲涅耳公式 2. 反射、折射时的相位跃迁（相移） 3. 光在反射和折射时振动分量改变的真实情况 4. 斯托克斯倒易关系 5. 光强、能流反射率和透射率 6. 布儒斯特定律 7. 反射光与折射光的偏振态,1. 菲涅耳公式,1 光在各向同性介质界面上的反射和折射,按p、s、k构成右手正交系,因而可以将入射光、反射光和折射光振动矢量分解为p分量Ep和s分量Es,（。