显示光学课件：01第一章 光学基础2

1、第一章 信息显示中的光学基础1第二节 物理光学的基本定律和概念光与电磁波光的偏振光的相干性2760nm400nm 可见光 电 磁 波 谱红外线 紫外线 射 线X射线长波无线电波频率波长短波无线电波无线电波可见光红外线紫外光 射线 射线31.1 电磁场所遵循的规律（Maxwells Equations）麦克斯韦方程组 宏观电磁现象所遵循的基本规律，是电磁场的基本方程麦克斯韦第一方程，表明传导电流和变化的电场都能产生磁场麦克斯韦第二方程，表明变化的磁场产生电场麦克斯韦第三方程表明磁场是无源场，磁力线总是闭合曲线麦克斯韦第四方程，表明电荷产生电场42.6 麦克斯韦方程组真空中的麦克斯韦方程组5代入麦

2、克斯韦方程组中，有：（均匀媒质）各向同性线性媒质的本构关系为6麦克斯韦方程组时变场静态场缓变场迅变场电磁场(EM)准静电场(EQS)准静磁场(MQS)静磁场(MS)麦克斯韦方程适用范围：一切宏观电磁现象静电场(ES)恒定电场(SS)7+1.2 电磁波的产生与传播（电偶极辐射） 变化的电磁场在空间以一定的速度传播就形成电磁波.-+振荡电偶极子+-89极轴传播方向10+-振荡电偶极子附近的电磁场11电磁波的产生与传播（磁偶极辐射）平面电磁波自由空间：没有电荷、电流分布平面电磁波12 电磁波的特性 1）电磁波是横波 ; 2） 和 同相位 ; 3） 和 数值成比例 ； 4）电磁波传播速度 , 真空中波

3、速等于光速 .13 电磁波的复数表示对于线性运算，在最后的结果直接取实部即是物理上有意义的解14电磁波的能量辐射能 ： 以电磁波的形式传播出去的能量. 电磁波的能流密度 电磁场能量密度 又 电磁波的能流密度（坡印廷）矢量 152.1 光的偏振世界上最大的液晶电视（Sharp 2007）液晶显示原理1617光波是横波 光的偏振 .机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝横波由于振动对传播方向的非轴对称性，叫做偏振只有横波有偏振现象，而纵波无偏振问题18光的偏振状态光是电磁振荡的一种传播。其中电场和磁场的振动方向垂直，为方便计，以下只考虑电振动。1. 自然光（natural light）由于普通光源发光

4、的间歇性和随机性振动方向 不一定相同波列长度也不一定相同初相 也不一定相同乱大量原子发光的统计效果构成了自然光。其振动方向包含了整个振动平面。19没有优势方向自然光的分解非相干根据统计平均，自然光没有优势振动方向，各个振动方向的强度相等。自然光的表示法：一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。202. 线偏振光（linearly polarized light）光矢量（E）只在一个固定平面内沿单一方向振动的光叫线偏振光（也称平面偏振光）。E播传方向振动面面对光的传播方向看线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解EEyEx yx表示法：光振动垂直板面光振动平行板面213.

5、部分偏振光（partial polarized light）完全偏振光和自然光是两种极端情形，介于二者之间的一般情形是部分偏振光。最常讨论的部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合，天空的散射光和水面的反射光就是这种部分偏振，它可以分解如下：表示法：分解非相干224. 圆偏振光（circularly polarized light）和 椭圆偏振光（ellipticly polarized light）圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、传播方向一致、振动方向相互垂直、相位差为某个确定值的线偏振光的合成。EEyEx yx设：Ex=Ex0cost Ey=Ey0cos(t+)总振动为：E=Exi+E

6、yj，轨迹如下：椭圆方程23讨论：1）当2k时，有 (Ex/Ex0-Ey/Ey0)2=0即：Ex/Ex0=Ey/Ey0，仍是线偏光且有tan=Ey0/Ex0振动在象限。E yx2）当(2k+1)时，有 (Ex/Ex0+Ey/Ey0)2=0即：Ex/Ex0=-Ey/Ey0，是振动在 象限的线偏光243）当(2k+1/2)时，有表明合矢端点将沿一椭圆作旋转运动，称为椭偏光由 Ex=Ex0cost Ey=Ey0cos(t+/2)可知是顺时针旋转的，所以称右旋椭偏光。4）当(2k1/2)时，与3）一样，只是旋转方向为左5）若Ex0=Ey0，这时椭偏光化为园偏光，同样分左右旋。25右旋圆偏振光右旋椭圆偏

7、振光 y 0 yx z传播方向 /2x某时刻左旋圆偏振光 E 随 z 的变化E 线、圆和椭圆偏振光均称为完全偏振光。26 起 偏偏振片 起偏与检偏 二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质称二向色性 . 偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 . 偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向 .偏振化方向起偏器27检偏器 检 偏起偏器液晶显示器28光的相干性2930电磁波的干涉 vs. 机械波的干涉只是振动的物理量不同：前者是电磁场，后者是位移。波的叠加原理（线性介质）干涉的条件（频率

8、相同、振动方向平行、相位差恒定）31光的叠加两列振动方向平行、频率相同的光波在空间某点的电场：合电场合振幅光强32P21二 相干光 普通光源发光特点： 原子发光是断续的，每次发光形成一长度有限的波列, 各原子各次发光相互独立，各波列互不相干.1）普通光源的发光机制原子能级及发光跃迁基态激发态跃迁自发辐射33相干长度相干长度是指把一束光分成两束，让它们经过不同的路程，能够产生干涉的最大光程差。 一般单色光源发出光的相干长度不超过0.1m，但激光的相干长度可达几十公里。 光源 平均波长 (nm)线宽 (nm)相干长度Lc (m)He-Ne激光 63310-310-4 102高压汞灯 546 1 10-4白光 550 300 10-6一些光源的相干长度 34352）相干光的产生波阵面分割法*光源振幅分割法36杨氏双缝干涉 双镜 劳埃镜37p实 验 装 置一 杨氏双缝干涉实验波程差C38 减弱加强暗纹明纹p39讨论条纹间距 明暗条纹的位置白光照射时，出现彩色条纹暗纹明纹1）条纹间