第8章：梯度折射率光线光学
第八章几何光学
解得
v1 60cm
透镜 2L 的成像
由两透镜的位置关系可知， u2 40 60 20cm（此是虚物）
f 2 40cm
v2 v
1 1 1 u v f
将这些数据代入公式
1 1 1 20 v 40
解得 v=40cm
厚透镜
n
u1 u, v1 u2 , v2 v
薄透镜成像公式
n1 n n n1 u v1 r1
n n2 n2 n v1 v r2
将上两式相加并整理得
n1 n2 n n1 n n2 u v r1 r2
(14 7)
符号规则和使用范围
薄透镜成像
f1 n1 f 2 n2
对同一折射面，两侧的焦距不相等，n与f的比 值是相等的
圆柱形玻璃棒（n=1.5)的一端是半径为2cm的凸球面， 右端为无限长
（1）求棒置于水中时，在棒的轴线上距离棒端外8cm
的物点所成像的位置。
（2）棒放入水中时，物距不变，像距应是多少？
解（1）棒在空气中 时
n1 1.0, n2 1.5 r 2cm, u 8cm,
u
v
a.沿主光轴进行，经折射后不改变方向 b.光线OA经球面折射后与主光轴交于I
n1
N i1 P M r h i2 C
n2
I
C、公式推导
折射定 律
n1 sini1 n2 sini 2 n1i1 n2i 2
O
i1 , i 2
n1( ) n2 ( )
f2
-f2
( n1> n2)
4、折射面的两焦距与焦度的关系 由： f 1
梯度折射率材料及器件
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TOPIC 3 TOPIC 1 梯度折射率材料基本分类TOPIC 4 TOPIC 2 第二章
梯折材料按其折射率的分布特性可分为五种基本类型即轴向梯折材 料、径向(或园柱形)梯折材料、球面梯折材料、层状梯折材料、圆 锥状梯折材料
1轴向梯折材料 轴向梯折材料的折射率沿光轴连续地变化，等折射率面是一系列与 光轴垂直的平面。如果设此方向为光轴z方向,则其折射率满足
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TOPIC 1
TOPIC 3 TOPIC 2 第三章 梯度折射率材料的应用 TOPIC 4
一种大数值孔径的梯折透镜已经在西安光机所自聚焦透镜生产线研制成 功。这种透镜是用一种掺杂有高极化离子的新型玻璃系统制成的。把玻璃 制成棒，然后浸入到硝酸盐溶液中进行离子扩散而产生近抛物线型的折射 率分布。把这种棒截成适当长度就可成倒立、正立、放大、缩小的各种实 象或虚象。这种梯折透镜的特点是数值孔径大(NA=0.55～0.60)，成象清晰 (分辨4001p/mm)，化学稳定性高，经久使用不发生裂痕或潮解。 大数值孔径透镜主要用于半导体光源的准直、聚焦、光源与光纤的耦合，光盘中 的抬光透镜，传真机用排透镜，内窥镜物镜等一系列微光器件中。已经用于半导 体激光器的准直，反映良好，也已经用作内窥镜物镜，这种玻璃 材料由于长期在高温熔盐中悬吊不伸长不变形，因而该生产线已经制出了直径大 至10mm的透镜
Main Page 第一章
TOPIC 1
TOPIC 3 TOPIC 2 梯度折射率材料的发展 TOPIC 4
1964 年, 日本的西泽和佐佐木利用当时已存在的离子交换工艺可以改变玻 璃表面折射率的技术, 大胆设想可以采用离子交换工艺来制作梯度折射率介 质。 1970 年, 日本采用离子交换工艺首次成功制作了梯度折射率介质透镜- 聚 光纤棒, 称为自聚焦透镜 1973 年, 奥特萨卡采用两步扩散- 共聚工艺制作了塑料梯度折射率透镜。 标志着梯度折射率光学进入新的发展阶段。
光的偏折与折射定律
通信领域
广泛的光学技术 应用
能源领域
光学技术的能源 利用
科技进步
强大的光学技术 支持
医疗领域
光学技术在医疗 中的应用
光学研究的未来趋势
高精度
精确度要求更高 技术发展需准确性
高灵敏度
灵敏度提高技术要求 设备需更加灵敏
高效率
提高工作效率 节省能源资源
新兴领域
纳米光学研究 光子学发展
感谢
感谢大家的聆听和支持，感谢光学研究者们的辛 勤努力和贡献。期待光学研究在未来取得更大突 破与成就。
光的干涉的影响
光的波动性 质
干涉现象揭示了 光的波动本质
科学研究
为光学研究提供 了重要的实验现
象
工程应用
在各种领域广泛 应用，提高了测
量精度
干涉条纹示意图
干涉条纹是光的干涉 现象中产生的明暗相 间的条纹，通过观察 这些条纹，我们可以 推断出光波的波长和 相位差等重要参数。 干涉条纹的形成是光 波相互干涉的结果， 具有重要的理论和实 验价值。
光的传播方式
01 直线传播
光在真空或同质均匀介质中的直线传播
02 波动传播
光的波动性质，表现出干涉和衍射现象
03 粒子传播
光的能量以光子粒子形式传播
光的速度
恒定值
光速在真空中的数值是不 变的
介质差异
光在不同介质中的速度不 同，例如在水中的光速明 显比在空气中要慢
真空最高速度
光速度在任何介质中都不 能超过在真空中的速度
透镜用于成像拍摄
理想透镜特点比较
凸透镜
适用于近大远小成像 产生正立实像
凹透镜
用于近小远大成像 产生倒立虚像
逐渐变焦镜头
第八章_功能复合材料（可编辑）
第八章_功能复合材料功能复合材料多种材料按照性能优势互补的原则组合在一起而产生了一种新型的材料就称之为复合材料。
功能复合材料是复合材料的重要组成部分。
功能复合材料概述功能复合材料是指除机械性能外提供其它物理性能的复合材料,如超导、磁性、阻尼、吸音、吸波、吸声、屏蔽、导电。
阻燃、隔热等等的复合材料。
其主要结构包括基体和功能体或两种以上功能体组成。
基体用于粘接和赋形,对整体性能也有影响。
功能体提供功能性。
功能复合材料的分类复合材料可以分为结构复合材料和功能复合材料。
结构复合材料如纤维复合材料主要用于军工产品;功能复合材料则在激光、隐身材料以及其它声、光、电、磁等方面占有重要地位。
按照复合材料的基体分类又可分为有机复合材料和无机复合材料,有机复合材料主要是指聚合物基复合材料,包括热固性复合材料和热塑性复合材料;无机复合材料主要包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料、水泥基复合材料以及碳基复合材料。
也有的将复合材料分为常用复合材料和先进复合材料。
多数功能复合材料属于先进复合材料。
功能复合材料的复合效应多种材料复合起来,通过改变结构的复合度、对称性以及联结类型等参数可以大副度地、定向地改变材料的物性参数,因此可以按照不同用途通过优化组合实现最佳配合,而获得材料的性能最佳值,因此,对于类似的用途可以通过对复合材料的结构调整可以达到满意的结果,而不必要开发新的材料。
对功能材料进行复合,可以通过交叉耦合,产生新的功能效应,甚至可以出现新的二者都不具备的新的功能。
多种功能复合材料是今后复合材料的发展方向。
功能复合材料的复合效应包括非线性效应和线性效应。
线性效应包括平均效应、平行效应、互补效应和相抵效应。
电导、密度、热度等服从这一规律,可用PcViPi 来计算, P为功能指标,V为体积分数。
非线性效应包括共振效应、诱导效应、乘积效应等。
两种性能可以相互转换的功能材料X/Y与另一种Y/Z转换的材料复合起来,可以得到X/YY/ZX/Z的新材料,这就是具有乘积效应的功能复合材料。
16.梯度折射率光纤模式
引言（BPM）光纤是用于制造光纤定向耦合器和用于发射和从集成光波导在其中一个小的长纤维是采用一个设备接收的光的任何装置的一个重要组成部分，以模拟为一个纤维所需的唯一特性是有效模指数和模场分布。
本课介绍了如何使用3D模式求解器的设计和表征渐变折射率光纤。
在您开始这一课•熟悉在第1课的程序：入门。
分级指数- 核心光纤（BPM）渐变折射率芯纤维与α -在纤芯折射率分布通常期望在电信，比如移位的零色散波长以1.55 microns.We将展示设计为一个三角芯光纤多个应用程序（α= 1）。
我们也将在3D模式求解的结果与OptiFiber测试的有限差分法比较。
光纤参数和三角芯光纤的折射率分布（BPM）纤芯半径：3.00μ米芯的折射率：1.48包层的折射率：1.444波长：1.55μ米图1：一个三角芯光纤的折射率分布该程序是：•创建材料•定义用户变量•定义用户功能•定义用户定义的配置文件•定义布局设置•创建线性波导纤维•设定模拟参数•查看折射率分布（XY切）•计算模式用户功能简介（BPM）三角芯纤维可以被定义为：为了实现在用户功能简介上面的公式，我们将首先解释了用户变量和用户功能（见表12）。
表12：用户变量和用户功能因此，三角芯纤维的公式可以定义如下：的限制，如下所示：开发用户自定义配置文件（BPM）为了定义配置文件，请执行以下步骤。
创建材料步行动1从文件菜单中选择新建。
牛逼，他的初始属性对话框出现。
2单击配置文件和材料。
Ŧ他个人设计师打开。
3在材料文件夹，右键单击该介质文件夹并选择新建。
Ŧ他介质对话框。
4 创建下面的电介质材料：姓名：包层二维各向同性标签折光率（回复）：1.444三维各向同性标签折光率（回复）：1.4445点击S 撕毁。
Ŧ他新的电介质材料储存在资料夹中。
定义用户变量定义内表12中标识的用户变量和在公式1和公式2中，执行下面的过程。
步行动1 在配置文件设计器中，选择工具>编辑变量和函数。
初三上册物理第八课优质课光的反射和折射
初三上册物理第八课优质课光的反射和折射初三上册物理第八课光的反射和折射光线是一种电磁波，它具有光的本质属性，包括反射和折射等现象。
在本节课中，我们将学习光的反射和折射的基本原理以及相关的实验方法和应用。
以下是本节课的详细内容：一、光的反射1.1 反射定律根据反射定律，入射光线、反射光线和法线三者共面，且入射角等于反射角。
这就是说，当光线射入一个平面镜或其他光滑的表面时，光线会按照特定的规律发生反射。
1.2 镜子的反射平面镜和曲面镜都属于光学镜子。
平面镜的反射规律简单，而曲面镜的反射规律与其曲率有关。
镜子的反射性质对光的成像具有重要影响，后面我们会进一步学习相关内容。
1.3 反射的应用反射现象广泛存在于我们的生活中。
例如，反光镜可以提供车辆后视图，反射衣可以提高行人夜间可见度。
对于工程应用来说，合理利用反射现象可以实现光信号的传输和检测。
二、光的折射2.1 折射定律当光线从一种介质进入另一种介质时，会发生折射。
根据折射定律，入射光线、折射光线和法线三者也共面，且入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
2.2 折射率折射率是介质对光的折射能力的度量。
不同介质的折射率不同，因此当光线从一种介质射入另一种介质时，会发生折射角的改变。
2.3 反射和折射的应用反射和折射现象在光学仪器、光纤通信等领域得到广泛应用。
例如，光纤能够将光信号以较低的损耗传输长距离，光学棱镜可以将光线分散成不同颜色的光谱。
三、光的色散3.1 色散现象当光线通过一个透明介质时，由于不同波长的光线速度不同，会导致光线的折射角度不同，进而产生色散现象。
这就是为什么在折射光经过三棱镜时会发生色散的原因。
3.2 光的三原色光的三原色是指红、绿、蓝三种颜色，通过不同比例的混合可以形成其他颜色。
这与色散现象密切相关，光的三原色的概念也广泛应用于彩色显示、打印等技术中。
四、实验与观察在课堂上，老师会为大家演示光的反射、折射和色散实验。
第八章 光路计算
L`i2 L`i L`di di1
式中d i是第 I 面到 平行平板第一面
的距离， d i+1是 平行平板的厚度。
L`
di1(1
tgI `i 1 tgIi 1
)
近轴光通过平行平板的轴向位移为：
l` d(1 1) n
再按近轴光导出:
u`i2 u`i
l`i2 l`i l`di di1
实际像点和理想像点的偏离就是像差。
对各种视场、孔径、色光，都要进行光路计算。 如像差不符合要求，修改系 统中的某一或某 些结构参数，还需重复计算。光路计算是必 须的，而且计算量非常大。
物体上物点发出充满入射光瞳的光束通过光学 系统成像，一般只对计算像差有特征意义的 光线作光路计算，主要有三类：
1．子午面内的光路计算： 包括近轴和远轴光线光路计算。
i` n i n`
i u
u` i`
l` l u l n` u` n
（三）平行平板的光路计算
若光学系统中有平行平板，如图8-8示，只需求出由平
行平板产生的位移ΔL`，即可求出像点位置。如果平
行平板前面的折射球面为第 i 面，有：
L`
di1(1
tgI `i 1 tgIi 1
)
自平行平板出射的光线相对于平行平板第二面的坐标可 写为：
n2 n1`,
U 3 U `2 ,
n3 n2 `,
,
,
U k U `k1
nk n`k1
对于平行于光轴的光线，L = -∞，U1= 0，可知：
sin
I1
h1 r1
在计算中应注意：
1.有时个别面上 sinI＞1，表明光线投射高度超过折射面 半径，不相交。
工程光学讲稿第八章
x
x0 y0 2E 2E z 2 1 2E ( 2 E 2 ) 2 υ t
2 E 1 E 2 0 波动方程可化为： z 2 v t 2
2
2 B 1 B 0 z 2 v 2 t 2
2
z z E f1 ( t ) f 2 ( t ) 求微分方程的通解： v v z z B f1 ( t ) f 2 ( t ) v v
微分算符
x0 y0 z0 x y z
D t
为封闭曲面内的电荷密度; j 为闭合回路上的传导电流密度;
为位移电流密度。
(二) 物资方程 当电磁场在介质中传播时，介质就会对电磁场带来影响，为描述这种影响， 引入物质方程。 j E ζ：电导率 D E ε ：介电常数 ε=ε0εr εr：相对介电常数 μ：磁导率 μ=μ0μr μr：相对磁导率 B H 在静止、各向同性的均匀介质中，上述三个量均为常数。
（二）振幅矢量加法
设两个矢量在ox的投影的运动 为简谐振动 E2 a2 α1 E A a1
E1 a1 cos(t 1 ) E2 a2 cos(t 2 )
合振动方程为： o
α2
α
E1
x
E A cos(t )
合振动的幅值合初相角为：
A
2 2 a1 a 2 2a1a 2 cos( 2 1 )
I面波幅值A的平方成正比，对于同一介质中，两场点的相对光强 ，可用I=A2
第二节 光波的叠加
一、波的叠加原理：
几个波在相遇点产生的合振动是各个在该点产生振动的矢量和。
E( p) E1 ( p) E2 ( p) En ( p)
第8章-9章 玻璃的光学性质着色和脱色
2 (d d ) 2 M V 2 ( 1 cos ) 4 2 2 d r
颗粒的数量
颗粒的光密度 颗粒的体积
入射光波长
观测点的距离 （样品厚度）
8.3.2
散射
波长比较长的红光透射性最大，大部分能够直接透过大气中的微粒射向
地面。
而波长较短的蓝、靛、紫等色光，很容易被大气中的微粒散射。 当光穿过大气层时，被空气微粒散射的蓝光约比红光多5.5倍。因此晴天 天空是蔚蓝的。
由于谱线位置的移动，吸收光谱由气态自由离子的线状 光谱转变为化合物或溶液(玻璃)中的带状光谱。
3. 稀土金属离子着色
3. 稀土金属离子着色
稀土元素的电子能级和谱线比一般元素更多种多样，它们可以吸收 或发射从紫外，可见到红外区的各种波长的电磁辐射。稀士元素也 是良好的荧光和激光物质。
⑴ 具有f0（Y、La），f14（Yb、Lu）结构的在200~100nm区城无吸收， 故无色。
⑴ D态离子：只有一个宽广的吸收带，Ti3+ 与Mn3+ 类似呈紫色，Fe2+ 与Cu2+ —蓝色； ⑵ F态离子：有两个或两个以上吸收带，V3+ 与Cr3+ —绿色，Co2+(蓝色) 与Ni2+(灰紫 色) 都带紫色色调； ⑶ S态离子：不出现或出现很弱的吸收带，Ti4+、Cu+的3d轨道分别为全空和全满， 无不能发生d-d轨道跃迁，无色；Mn2+、Fe3+的3d轨道半充满，5个3d轨道各有1个电 子，轨道跃迁是自旋禁戒的。产生很弱的吸收，弱呈色。 ⑷ 在钠硅酸盐玻璃中，当以Na2O取代SiO2，以Li2O取代Na2O，或以Na2O取代K2O 时，吸收峰均向短波方向移动。在这方面D态离子表现得特别明显。
第8章高分子材料的光学性能
二．介质对光的吸收
1、定义
任何一种透明材料的透光率都达不到100％，即使是透明性最好的光学 玻璃的透光率一般也难以超过95％。通常，光学树脂在可见光区的透光 率的损失主要由以下三个因素造成：光的反射、散射和吸收
一．反射
1．反射系数（反射率）
当光投射到材料表面时一般产生反射、透过和 吸收。这三种基本性质都与折射率有关。m（%） +A（%）+T（%）=100%
光在介质中传播时会有能量的损失，使透过介质的 光强度减弱的现象，这就是光的吸收
2、光吸收的本质
光在穿过介质时，引起介质的价电子跃迁，或使原 子振动而消耗能量；介质中的价电子当吸收光子 能量而激发，当尚未退激而发出光子时，在运动 中与其它分子碰撞，从而构成光能的衰减。
2）朗伯特定律
即使在对光不发生散射的透明介质，如玻璃、水溶液中，光也要会有能 量的损失，即光的吸收。
v c
式中：c为真空中的光速，ε为介质的介电常数，μ为介质的导磁率。对于非磁性 材料， 1。在下面讨论中，介质材料一般都是非磁性材料。
cc n
v材料 c
n ε
该式反映了光的折射率和材料的介电常数的关系。材料的极化性质与构成材料原 子的原子量、电子分布情况、化学性质等微观因素有关。这些微观因素通过宏观 量介电常数来影响光在材料中的传播速度。
和PC，苯环位于主链比位于侧链时应力光学系数增加更大； 树脂大分子链