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1、基礎(chǔ)光學(xué)簡介佰鴻：林世輝幾何光學(xué)三定律1.直線傳播定律：光在均勻介質(zhì)中傳遞，其行進路線呈一直線。2.反射定律：a.入射線與反射線在法線兩側(cè)，且三線共平面。b.入射角等於反射角。3.折射定律：a.入射線與折射線在法線兩側(cè)，且三線共平面。b.光由折射率的介質(zhì)入射到折射率的介質(zhì)時，反射定律法線：垂直於入射面的線入射角：入射線與法線之夾角反射角：反射線與法線之夾角入射線反射線入射角反射角法線平面入射線法線反射線入射角反射角曲面入射角=反射角折射法線入射線折射線入射角折射角法線入射線折射線入射角折射角法線：垂直於入射面的線入射角：入射線與法線之夾角折射角
2、：折射線與法線之夾角折射率定義：1.光在真空中傳遞，其速度接近每秒三十萬公里(光在真空中的速度我們統(tǒng)稱為光速)，當(dāng)光進入介質(zhì)中(例如玻璃或水)傳遞，其速度會變慢，因此我們定義介質(zhì)的折射率為光速除以光在介質(zhì)中得速度。2.目前我們所知光速是宇宙中速度的極限，沒有任何物質(zhì)的速度會比光速快，因此物質(zhì)的折射率永遠大於等於1，亦即物質(zhì)的折射率不可能小於1。3.相對折射率：光由介質(zhì)1進入介質(zhì)2時，其相對折射率為折射定律法線OABC入射線折射線介質(zhì)1介質(zhì)2由定義：：介質(zhì)1的折射率：介質(zhì)2的折射率：入射角：折射角：光由A到B所需的時間等於光由O到C所需的時間：光
3、在介質(zhì)1的速度：光在介質(zhì)2的速度色散(Dispersion)1.光在真空中的傳播速率皆相同(c≒3×108公尺/秒)，當(dāng)光進入一色散性介質(zhì)(DispersionMedium)時，由於介質(zhì)的折射率會隨著入射光波長不同而改變，即折射率是波長的函數(shù)，因此光在介質(zhì)中的速率亦會隨著波長的不同而改變，此種光速在介質(zhì)中隨波長而變的現(xiàn)象稱之為色散。2.科希色散公式(Cauchy’sDispersionFormula)：、為任意常數(shù)3.典型的色散性介質(zhì)的折射率與波長的關(guān)係如右圖：4.三菱鏡的分光作用是色散現(xiàn)象最明顯的例子。三菱鏡分光原理白光1.不同波長的光對於相
4、同的介質(zhì)，會有不同的折射率，也就是說，折射率是波長的函數(shù)。2.一般而言，波長越長的光對應(yīng)於相同的介質(zhì)其折射率也越小，亦即波長越長的光在相同得介質(zhì)中傳遞，其速度越快，偏折角度越小。3.三菱境的分光原理即利用上述原理將一束白光分成一連續(xù)光譜，其中紅光波長最長，所以偏折角度最小，紫光波長最短，其偏折角度則最大。散射(Scattering)1.光在行進過程中，會受到光路徑上的微?；蚪橘|(zhì)的分子阻礙，然後再往其他方向發(fā)射出去，此種現(xiàn)象稱為散射。2.當(dāng)光路徑上的微粒或介質(zhì)的分子大小遠比光波長大，則光路徑的改變是由反射現(xiàn)象造成，若光路徑上的微?；蚪橘|(zhì)的分子大小
5、和光波長同等級，此時光路徑的改變不再是單純的反射現(xiàn)象，而是繞射現(xiàn)象的一種。3.對於不同波長的入射光而言，其散射量並不相同，散射的強度和波長的四次方成反比，亦即波長愈短的光線愈容易被散色。4.在封裝LED時，若要使LED均勻發(fā)光，則會在膠體內(nèi)摻雜擴散劑，擴散劑其實就是微粒，因此LED晶粒發(fā)出的光經(jīng)過膠體時，與擴散劑產(chǎn)生碰撞而改變方向而使得LED整體發(fā)光變得較為均勻，這就是散射現(xiàn)象的應(yīng)用之一。全反射光由介質(zhì)1進入介質(zhì)2時，若介質(zhì)1的折射率大於介質(zhì)2的折射率：1.當(dāng)入射角以較小角度入射時，我們可以看到折射現(xiàn)象(如紅色線)。2.當(dāng)入射角等於某一角度時，
6、折射角將會等於90o(如黑色線)，此一入射角稱之為臨界角(CriticalAngle)。3.當(dāng)入射角大於此臨界角時，折射現(xiàn)象即會消失(如綠色線)，僅剩下反射現(xiàn)象，此現(xiàn)象我們稱之為全反射。全反射條件：1.光由折射率大的介質(zhì)進入折射率小的介質(zhì)。2.入射角必須大於臨界角。法線全反射折射介質(zhì)1介質(zhì)2臨界角：由折射定律纖核(core)纖殼(clad)光信號光折射(光全反射效應(yīng))1.光纖主要結(jié)構(gòu)如下圖，中間為纖核(core)，外圍包覆一層纖殼(clad)，主要材料為石英二氧化矽(SiO2)，藉由參雜不同濃度的鍺(Ge)使得纖核的折射率大於纖殼的折射率。2.
7、由於纖核的折射率大於纖殼的折射率，光在光纖內(nèi)部可以產(chǎn)生全反射，因此可以說光纖是一種藉由光全反射效應(yīng)將光信號往前傳遞之介質(zhì)。光纖物質(zhì)吸收效率因子：(MaterialAbsorbtionEfficiencyFactor)光在物質(zhì)中傳遞，有部分光會被物質(zhì)本身吸收，不同波長的光對應(yīng)於相同物質(zhì)，其也會不同。一般定義如下：，F(xiàn)resnel損失(FresnelLoss)當(dāng)光從折射率之介質(zhì)進入到折射率之介質(zhì)時，一般而言，折射現(xiàn)象與反射現(xiàn)象會同時發(fā)生，因反射現(xiàn)象造成的損失，這種損失稱之為Fresnel損失(FresnelLoss)。反射係數(shù)(R)：1RT穿透效率
8、：將上式分子分母同除以稱為Fresnel損失效率因子(FresnelLossEfficiencyFactor)若光由折射率的介質(zhì)經(jīng)由折射率的介質(zhì)發(fā)射到
