光的基本性質(zhì)

第四章材料的光學(xué)性能光的基本性質(zhì)本章內(nèi)容光的基本性質(zhì)光的反射與折射光的吸收與散射光的發(fā)射光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)請思考為什么材料具有顏色？為什么材料能夠發(fā)光？發(fā)光的方式有哪些？為什么某些材料透明，某些材料不透明？為什么某些材料具有一定的光澤？光學(xué)性能測試有哪些？各自有什么用途？光的基本性質(zhì)第一節(jié)光的基本性質(zhì)光學(xué)研究的歷程光的性質(zhì)光的傳輸光的基本性質(zhì)1.光學(xué)研究的歷程光的現(xiàn)象光的微粒說（牛頓）光的波動(dòng)說（胡克，惠更斯）光的電磁說（麥克斯韋）光的波粒二象性（普朗克，愛因斯坦）光的直線傳播光的干涉光的衍射電磁波譜光譜?光的基本性質(zhì)

對(duì)光的認(rèn)識(shí)也隨科技的發(fā)展不斷進(jìn)步墨子光沿直線傳播小孔成像笛卡爾光的折射與反射定律牛頓光的粒子性惠更斯

光的波動(dòng)性托馬斯·楊光的干涉與衍射麥克斯韋

光是一種電磁波邁克爾孫光速的測定普朗克

光的量子學(xué)說愛因斯坦

光量子——波粒二重性（粒子性和波動(dòng)性）狄拉克

電磁場的量子化－結(jié)合波動(dòng)與量子光的應(yīng)用激光、光纖、發(fā)光二極管......光的基本性質(zhì)光的微粒說17世紀(jì)為牛頓所提倡；光是一種高速微粒，從光源沿直線行進(jìn)至被照物；直觀地解釋了光的傳播、反射及折射等現(xiàn)象，曾被普遍接受。光的基本性質(zhì)光的波動(dòng)說荷蘭人惠更斯于17世紀(jì)初創(chuàng)立，經(jīng)托馬斯·楊等證實(shí)；光是一種波動(dòng)，由發(fā)光體引起，和聲一樣依靠媒質(zhì)來傳播，隨后被證實(shí)為一種電磁波；能夠解釋光的傳播、干射、衍射、散射、偏振等許多現(xiàn)象；但不能解釋光與物質(zhì)相互作用中的能量量子化轉(zhuǎn)換的性質(zhì)。光的基本性質(zhì)光的電磁說麥克斯韋1865年理論上預(yù)言，赫茲1888年通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)；光是一種電磁波，在空間中電磁場的方式傳播。光的基本性質(zhì)麥克斯韋方程組首次系統(tǒng)地把電和磁在理論上統(tǒng)一起來。麥克斯韋，英國物理學(xué)家“一般地，宇宙間任何的電磁現(xiàn)象，皆可由此方程組解釋?！?/p>

融合了電/磁的高斯定律、安培定律、法拉第定律。預(yù)言了電磁波的存在。1831—1879或光的基本性質(zhì)物理學(xué)中的“大統(tǒng)一”思想牛頓首次將天上和地上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)第一次大綜合。麥克斯韋把電、磁、光統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)第二次大綜合。愛因斯坦試圖把自然界中的4種作用力統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)中真正意義上的“大一統(tǒng)”?；咀饔昧θf有引力電磁作用力弱相互作用力強(qiáng)相互作用力是一種力，1979年Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)薩拉姆、格拉肖、溫伯格（巴基斯坦人）光的基本性質(zhì)光學(xué)的分支幾何光學(xué)物理光學(xué)量子光學(xué)以光的直線傳播理論、折射與反射定律為基礎(chǔ)。從光的波動(dòng)性出發(fā)來研究光在傳播過程中所發(fā)生的現(xiàn)象的學(xué)科，也稱作波動(dòng)光學(xué)。從光子的性質(zhì)出發(fā)，來研究光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科。以麥克斯韋定律、電動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)以量子力學(xué)、量子電動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)從幾個(gè)基本原理出發(fā)，來研究光的傳播問題的學(xué)科。光的基本性質(zhì)第一節(jié)光的基本性質(zhì)歷史回顧光的性質(zhì)光的傳輸光的基本性質(zhì)2.光的基本特性波粒二象性偏振性電磁性干涉與衍射光的基本性質(zhì)①波粒二象性光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)光子光子的能量光子的動(dòng)量

光子：光波輻射的最小能量單元，不可再分。

光波可以看作光子的概率波。

光子沒有靜止質(zhì)量，不帶電荷。光的基本性質(zhì)徳布羅意物質(zhì)波假說徳布羅意，法國物理學(xué)家波粒二象性是所有物質(zhì)的固有特性。物質(zhì)波（徳布羅意波）是一種幾率波。徳布羅意延伸了愛因斯坦的假說，在量子力學(xué)理論的發(fā)展中作出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。光子，電子，聲子，一切基本粒子光的基本性質(zhì)OzAOzA光的偏振性是判斷光波是橫波還是縱波的重要依據(jù)?？v波：振動(dòng)方向沿傳播方向，因此振動(dòng)方向相對(duì)于垂直面A來說是對(duì)稱的。橫波：振動(dòng)方向垂直于傳播方向，因此振動(dòng)方向相對(duì)于垂直面A來說是不對(duì)稱的。稱此現(xiàn)象為偏振。理論和實(shí)驗(yàn)證明，光波是橫波光具有偏振性，稱為光的偏振E播傳方向振動(dòng)面②光的偏振性光的基本性質(zhì)偏振光=部分偏振光1、線偏振光2、圓偏振光3、橢圓偏振光偏振光+自然光1、部分線偏振光2、部分圓偏振光3、部分橢圓偏振光只沿單一方向振動(dòng)的光部分偏振光可以看成是自然光和線偏振光的混合。光的基本性質(zhì)1）線偏振光振動(dòng)面u右旋橢圓偏振光2）橢圓偏振光和圓偏振光（平面偏振光）光的基本性質(zhì)3）自然光特點(diǎn)（1）在垂直光線的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動(dòng)的幾率均等.

（2）可以看成由兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直，振幅相等，互不相干線偏振光的疊加。XYZ光的基本性質(zhì)能夠起偏的光學(xué)器件叫起偏器，常用的是偏振片。偏振片自然光經(jīng)過媒質(zhì)的吸收、反射、透射后使某一方向的光振動(dòng)減弱甚至消失，這種取向作用稱為起偏。光的基本性質(zhì)偏振片的用途透明玻璃片涂有硫酸碘奎寧等材料的透明簿膜偏振片:只允許某一個(gè)方向的光振動(dòng)透過的裝置。能夠有選擇地吸收某方向的光振動(dòng)，而讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過。物質(zhì)的這種性質(zhì)稱為二向色性。光的基本性質(zhì)

▲起偏器:

偏振光I0I0/2▲檢偏振器偏振光光強(qiáng)為零(消光)光強(qiáng)不變I0I0I0/2I0偏振化方向部分偏振光照射時(shí)？I0/2偏振片的用途光的基本性質(zhì)d晶片C

偏振片P2偏振化方向單色自然光偏振片P1偏振化方向光軸方向偏振光干涉裝置光的基本性質(zhì)偏振光干涉的分析振幅關(guān)系橢圓偏振光線偏振光光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)相干偏振光總的位相差為相位關(guān)系光的基本性質(zhì)偏振光的應(yīng)用汽車車燈偏振太陽鏡觀看3D電影LCD顯示屏橢偏儀光的基本性質(zhì)橢偏儀用途：測量薄膜的厚度、折射率等。原理：利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射時(shí)出現(xiàn)的偏振轉(zhuǎn)換。光的基本性質(zhì)③光的電磁性光波是一種橫波場矢量E和H彼此正交，且均與波的前進(jìn)方向垂直，其振幅大小成正比，相位相同光強(qiáng)與場矢量E和H的振幅平方成正比，沿波傳播方向前進(jìn)SEH光強(qiáng)：光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)光色波長(nm)頻率(Hz)中心波長(nm)紅760~622660橙622~597610黃597~577570綠577~492540青492~470480蘭470~455460紫455~400430可見光七彩顏色的波長和頻率范圍人眼最為敏感的光是黃綠光，即附近。光的基本性質(zhì)④光的干涉和衍射楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)油膜在光的照射下呈現(xiàn)五顏六色衍射光的基本性質(zhì)幾列波相遇之后，仍然保持它們各自原有的特征（頻率、波長、振幅、振動(dòng)方向等）不變，并按照原來的方向繼續(xù)前進(jìn)，好象沒有遇到過其他波一樣.波的疊加原理光的基本性質(zhì)紅綠光束空間交叉相遇(紅是紅、綠是綠，…)聽樂隊(duì)演奏

(仍可辨出不同樂器的音色、旋律)空中無線電波很多

(仍能分別接收各個(gè)電臺(tái))實(shí)例光的基本性質(zhì)振動(dòng)方向相同、頻率相同、初相相同或有恒定相位差，為相干光。光的相干性一、光波疊加原理產(chǎn)生干涉的必要條件兩束光的頻率相同，即為相干光。光的基本性質(zhì)計(jì)算兩列光的合成光強(qiáng)光的基本性質(zhì)干涉項(xiàng)自然光合成光強(qiáng)：光的基本性質(zhì)光矢量平行二、光的相干疊加光的基本性質(zhì)（1）不相干情況光的基本性質(zhì)（2）相干情況ImaxIminI2p4p-2p-4p0光的基本性質(zhì)英國醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯.楊（T.Young），在1801年首先成功地進(jìn)行了光的干涉實(shí)驗(yàn)，這是最早從單一光源產(chǎn)生相干光的方法——分波陣面法。一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)光的基本性質(zhì)SdD現(xiàn)象光的基本性質(zhì)p·r1

r2

xx0xI

xxDdo單色光入射真空中：d>>λ，D>>d

波程差：相位差：明紋

暗紋光的基本性質(zhì)楊氏雙縫干涉光強(qiáng)分布光的基本性質(zhì)邁克森干涉光的基本性質(zhì)SM1M2邁克爾遜干涉儀1.結(jié)構(gòu)2.原理若M1平移

d時(shí)，干涉條移過m條，則有：3.應(yīng)用由此可測量：微小位移、折射率

M1、M2平行

等傾條紋

M1、M2有小夾角等厚條紋光的基本性質(zhì)單縫衍射楊氏雙縫干涉中考慮縫有寬度。光的基本性質(zhì)當(dāng)圓孔的直徑d與光波的波長λ相比擬時(shí)，形成明暗相間的條紋——衍射。光的基本性質(zhì)P點(diǎn)的光強(qiáng)取決于狹縫上各子波源到此的光程差。光強(qiáng)分布如何表示？光的基本性質(zhì)對(duì)應(yīng)沿不同方向傳播的光，狹縫波陣面可分的半波帶數(shù)不同，這個(gè)數(shù)目決定了該衍射方向的光強(qiáng)。明紋暗紋光的基本性質(zhì)光強(qiáng)分布k=1,2,3,…光的基本性質(zhì)光的分辨率瑞利分辨率定義分辨本領(lǐng)恰好可分辨！光的基本性質(zhì)人眼瞳孔：D=2~6mm

=68~23望遠(yuǎn)鏡：DM=6m

=0.023電子顯微鏡

R

例題：汽車二前燈相距1.2m，=600nm人眼瞳孔直徑為5mm。對(duì)迎面而來的汽車，離多遠(yuǎn)能分辨出兩盞亮燈？

解：人眼的最小可分辨角1.2m光的基本性質(zhì)第一節(jié)光的基