幾何光學(xué)基本定律_圖文

1、1 幾何光學(xué)的基本定律1.1 幾何光學(xué)三定律折射定律的斯涅耳(W. Snell, 1621公式 1.2 全反射1.3 棱鏡與色散1.4 光的可逆性原理定義:撇開光的波動(dòng)本性,僅以光的直線傳播、反射折 射定律為基礎(chǔ),研究光在透明介質(zhì)中的傳播問題。 適用范圍:尺度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng),是應(yīng)用光學(xué)的基礎(chǔ)特點(diǎn):原理簡(jiǎn)單、計(jì)算復(fù)雜,計(jì)算軟件(追跡的發(fā) 展替代了復(fù)雜的計(jì)算1 幾何光學(xué)的基本定律光線 (rayof light :用一條表示光傳播方向的幾何線來代表光,稱這條幾何線為光線1.1 幾何光學(xué)三定律1. 直線傳播定律:在均勻介質(zhì)中光沿直線傳播2. 獨(dú)立傳播定律:不同方向的光線相交,不影響每一 光線的傳播3. 反

2、射 (reflection、折射 (refraction定律:在兩種媒質(zhì)的 界面發(fā)生反射、折射 夏日機(jī)場(chǎng)跑道上方溫度梯度較大,導(dǎo)致空氣折射率發(fā)生變化:例:機(jī)場(chǎng)跑道能看多遠(yuǎn)?n y (=n 01+y(1.510-6/m 人站在跑道的一端,最遠(yuǎn)能看多遠(yuǎn)? 例:全反射棱鏡 光纖發(fā)展歷史1840, D Colladon 和 J Babinet提出可以依靠光折射 現(xiàn)象來引導(dǎo)光線的傳播。1854, J Tyndall在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的一次演講中用實(shí)驗(yàn) 證實(shí):光線能夠沿盛水的彎曲管道傳輸。1927, JL Baird利用光纖陣列傳輸圖像。 1957, Hirschowitz 在美國(guó)胃鏡學(xué)會(huì)上展示了研制的 光導(dǎo)

3、纖維內(nèi)窺鏡。1961, E Snitzer完成了單模光纖的理論工作。 1963,西澤潤(rùn)一提出了使用光纖進(jìn)行通信的概念。 1964,西澤潤(rùn)一他發(fā)明了漸變折射率光學(xué)纖維 (gradedindex fiber,GIF 。 1970,美國(guó)康寧玻璃 (Corning Glass根據(jù)高錕的設(shè) 想,制造出當(dāng)時(shí)世界上第一根超低損耗光纖,得到 30米光纖樣品,首次邁過了 “20dB/km” 的門檻。 1972, 4dB/km。1974, 1.1dB/km。1979, 0.2dB/km(1.5微米。1990, 0.14dB/km,已經(jīng)接近石英光纖損耗的理論極 限值 0.1dB/km。1976,美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室在亞特

4、蘭大到華盛頓間建立 了世界上第一條實(shí)用化的光纖通信線路,速率為 45Mb/s,采用的是多模光纖,光源用的是發(fā)光管 LED ,波長(zhǎng)是 0.85微米,中繼距離為 10公里。 1980,多模光纖通信系統(tǒng)商用化(140Mb/s,并著 手單模光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作。1990,單模光纖通信系統(tǒng)進(jìn)入商用(565Mb/s,并 陸續(xù)制定了數(shù)字同步體系(SDH 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 1995, 2.5Gb/s的 SDH 產(chǎn)品進(jìn)入商用。1996, 10Gb/s的 SDH 產(chǎn)品進(jìn)入商用。1997,采用零色散移位光纖和波分復(fù)用技術(shù)(WDM 的 20Gb/s和 40Gb/s SDH產(chǎn)品試驗(yàn)取得重大突破。此 外,在光弧子通信、

5、超長(zhǎng)波長(zhǎng)通信和相干光通信方 面也正在取得巨大進(jìn)展。光纜 光纖及接頭光纖的制造 Fibers can be drawndirectly from melts ofsilica in crucibles.Vapor phase oxidation.1 prepare the preform 2 draw the fiber from the preform 22242Cl SiO O SiCl heat+ 塑料光纖 熔體擠出 鋪設(shè)光通信光纜 2014 全球海底光纜分布圖 中國(guó)國(guó)際海底光纜網(wǎng)絡(luò) 1 幾何光學(xué)的基本定律1.3棱鏡與色散 暈 (halo 22暈:六角柱狀冰晶橫 躺著緩慢下降,光在冰 晶中

6、的折射最小偏向角 為 22左右,由于不同 波長(zhǎng)的光波折射率不同,引起色散,在太陽(yáng) 下方的觀測(cè)者觀測(cè)到內(nèi) 紅外紫的 22 暈。46暈:六角柱體狀冰晶豎著緩慢下降,則陽(yáng)光折 射的最小偏向角為 46左右,形成 46暈。 1 幾何光學(xué)的基本定律1.4 光的可逆性 (reversibility原理當(dāng)光線的方向反轉(zhuǎn)時(shí),光將逆著同一路徑傳播。2 惠更斯原理2.1 波的幾何描述2.2 惠更斯(C. Huggens, 1678原理 2.3 對(duì)反射定律和折射定律的解釋 2.4 對(duì)直線傳播定律的解釋 第一章:幾何光學(xué) 3 費(fèi)馬原理3.1 光程3.2 費(fèi)馬(P. de Fermat, 1679原理3.3 費(fèi)馬原理與幾何光學(xué)光線傳播的基本定律第一章:幾何光學(xué)3 費(fèi)馬原理3.1 光程 (Optical path相同時(shí)間內(nèi)光線在真空中傳播的距離=PQndlQP (LL 為傳播路徑c