光的基本知识

（一）光的概述

  光是一种电磁波，具有波动和微粒二重性。可见光的波长范围为380~760nm，其波长比一般的无线电波的短。

（二）单色光定义

    单一波长且具有特定颜色的光（例如：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫其中的一种）。

 （三）复色光定义

    由几种单色光相混合后产生的光（例如：太阳光其中包含可见光、不可见光；可见光又分为七种；不可见光又分为紫外线、红外线等）。

（四）光源概念

    1．光源  任何能辐射光能的物体；或发光的物体（光源体积较小）。

    2．点光源  无任何尺寸，在空间只有几何位置的光源，实际中是当光源的大小与其辐射光能的作用距离相比可忽略不计，则视为点光源。

    3．光源分类  自然光源（太阳、萤火虫等）；人工光源（日光灯、蜡烛等）。

（五）光线概念

传输光能的有方向的几何线，或表示光传播方向的几何直线。

 （六）光束概念

    1．具有一定关系的光线的集合。

    2．同心光束  同一个发光点发出或相交于同一点。

  3．平行光束发光点位于无穷远，平面光波。

    4．像散光束  既不相交于一点，又不平行，但有一定关系的光线的集合，与非球面的高次曲面光波相对应。

    （七）波面概念

    传播过程中振动相位相同的各点所连接成的曲面；

    1．球面波  波面为球面的波，点光源。

    2．平面波  波面为直线，光源无穷远。

    3．变形波  不规则曲面波。

    （八）折射率概念

    光在真空中的光速C与其在相应介质中的光速V之比，称为该介质的折射率，即：

    n=C／V（其中：光在真空中的光速C=3.0×108m/s）

（九）光学介质

    1．光学介质  透明的物质。光从一个地方传至另一个地方的空间。例如：空气、水、玻璃等等；

    2．各向同性介质  光学介质的光学性质不随方向而改变；

    3．均匀介质  具有相同密度的介质。

    （十）光密介质

    折射率高的介质折光能力强，但光速度相对较慢。

（十一）光疏介质

折射率低的介质折光能力弱，但光速度相对较快。

二、光的直线传播和独立传播定律

  （一）光的直线传播定律

    光线在同一种均匀介质中沿直线传播的现象。

    特点：

    1．各向同性的均匀介质。

    2．局限性

    (1)当光经过尺寸与光波长接近或更小的小孔或狭缝时，光的传播将偏离直线，即“光的衍射”。

    (2)当光在非均匀介质中传播时，是沿曲线传播的。

    （二）光的独立传播定律

    1．从不同光源发出的光线，在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光线独立传播。

    2．利用这条定律，研究某一光线传播时，可不考虑其他光线的影响。大大简化我们对光线传播的研究。

三、光的反射和折射定律

（一）光的反射

  1．定义光传播到两种不同介质的光滑分界面上时，继续传播的光线返回原介质中，称为光的反射。

    2．定律

    (1)在同一平面内，三线共面（入射线、法线、反射线），法线居中。

    (2)在同一平面内，法线的两侧的角相等，即入射角等于反射角：I=I′。

    3．光反射的光路

AO:入射光线；OB：反射光线；

ON：法线；I:入射角；I′反射角

4．光反射的分类

    (1)单向反射：在一般情况下，光线至透明介质的分界面时，将同时发生反射和折射。在一定的条件下，平行光线入射后，成为直接反射的光线，称为单向反射。

    (2)漫向反射：在一般情况下，光线至透明介质的分界面时，将同时发生反射和折射。在一定的条件下，平行光线入射后，成为发散反射的光线，称为漫向反射。

    (3)光的全反射  在一般情况下，光线至透明介质的分界面时，将同时发生反射和折射。在一定的条件下，界面可将入射光线全部反射回去，而无折射现象，这就是光的全反射。

5．光反射的应用

(1)光路可逆：解释光线原路返回的原理。

(2)应用单向反射：检测太阳眼镜片的光洁度。

(3)应用全反射：诠释眼镜片上的光圈现象。

（二）光的折射

1．折射的定义  光传播到两种不同介质的光滑分界面上时，继续传播的光线进入另一介质中，称为光的折射。

    2．折射定律

    (1)在同一平面内，三线共面（入射线、法线、反射线），法线居中。

    (2)在同一平面内，入射角正弦与折射角正弦之比，

等于第二种介质的折射率与第一种介质的折射率之比。

即：n/sinl=n′/sinI′ 。

3．光折射的光路

4．折射率n介质光学性质的重要参数之一。

    (1) n-c／v，描述介质中的光速相对于真空中的光速减慢程度的物理量。

    (2)空气，n略大于1（实际应用中大都假设为≈1）。

    (3)水，n≈1.30

    (4)玻璃，n～1.4~