对一个光的折射问题的继续研究

贵刊于1999年第3期刊登了曹毅智老师的文章<一个典型光路的实验法教学探索>.该文介绍了观察水中物体成像的实验装置与方法,并且粗略地描绘了观察者从左至右改变观察方位时逆着折射光线观察所看到的像连成的曲线.阅读之后,读者很自然会追问:究竟是一条什么样的曲线?能否推导出该曲线的曲线方程?如果装水容器为一圆柱体型,沿着其他方向改变观察方位逆着折射光线观察所看到的像连成的曲线又怎样?水中物体所成的像可能出现的区域究竟为何形状?等等.本文将从光的折射定律出发,运用有关数学知识对此作一定量研究,以供读者参考.     

井口究竟变大还是变小?

由于光的折射,从水中往上看,会感觉到物体的位置比实际位置要高一些.以井底的青蛙从水中观察井口为例,利用物理规律结合数学方法定量分析了从不同位置观察时,井口位置上移和侧移的一般表达式,总结出水井中的青蛙看到的井口位置和实际井口位置的关系.并通过利用水下摄像机模拟青蛙看井口的实验,证明理论推导的正确性.     

水中物体的光学三维形貌测量的研究

提出了一种对水中物体进行光学投影式表面三维形貌测量的新方法。通常的测量方法都是假设摄像机和被测物体都处于空气中,测量水中物体时,由于光在空气、水分界面上发生折射,投射到被测表面的光条纹图像发生扭曲,从而给三角测量法带来误差。新方法可以精确测量出水中被测物表面的三维坐标并计算出物体的几何尺寸,实验验证了该方法的有效性。考虑折射后,该测量类似于在空气环境中的测量。采用的极线约束及亚像素技术,提高了测量精度和速度。     

光学三题

1.图1说明水中物体的象因折射而升高并移得较远。这张图往往在一些中学的教材里可以发现。它画得对吗?试设计一个实验验证之。 2. 一束波长λ=6400A的红光从空气进入水中,它的波长将变为多少?它的颜色是否发生改变?为什么? 3.自然光在各向导性介质的分界面上发生反射时,会不会发生反射光分为两束的“双反射”现象?试用惠更斯复合波面作图法说明之。光学三题@沈元华$复旦大学     

透镜成像规律的妙用

透镜成像时,从物体上任一点Ｓ发出的光线,经透镜折射后都交于一点,（或反向延长线交于一点）这一点就是Ｓ点的像Ｓ’并且物体和像的连线必通过透镜的光心．此规律在光学解题中有妙用．１作任一入射光线经透镜后的折射光线 例１．画出图１中入射光线ＡＢ经凹透镜折射后的光线． 在入射光线ＡＢ上任选一点Ｃ作为物点,应用三条特殊光线中的任意两条,作出物点Ｃ的像点Ｃ’．虚线连接Ｃ’Ｂ延长后ＢＤ就是所求的光线． 根据光路的可逆性原理,应用此法也可画出任一条折射光线对应的入射光线．２根据物、像位置确定透镜位置和焦点 例２,如图…     

负折射“水”中的筷子

近年来,负折射介质的相关研究已然成为了物理学界的热点问题,其具有的奇异的物理现象不仅频频在网络及媒体上出现,甚至成为了大学本科教学的前沿拓展内容.本文系统研究了筷子及球体放入折射率为-1的假想液体中的成像现象,纠正了先前网络上有关此类现象的错误认识,加深了人们对于负折射成像的理解,并希望对讲授负折射的相关内容有所借鉴.     

有机分子系统非线性折射的类型

从分子系统的微观机制出发,采用单重态四能级模型讨论非线性折射随光强的变化情况,分析了非线性折射的各种形式产生的条件,定义了非线性折射的饱和现象、反饱和现象相互转化的阈值光强.发现了非线性折射率随光强发生正负变化的现象.     

折射是界面对光子的增透

本文利用光子的概念,在深入研究的基础上,提出了光在两介质界面上的折射是界面层对光子的增透作用这一观点,通过从微观上跟踪一个光子后,导出了“增透膜”的厚度和宏观的斯涅耳折射定律,得出了光子在界面的折射是两次折射的结论.     

相位物体Z-扫描研究金属簇合物[Tp*W(μ3-S)3Cu3Py3(μ3-Br)](PF6)/DMF溶液的瞬态热致非线性折射

在纳秒时域,采用相位物体(PO)Z-扫描技术研究了一种新型金属簇合物溶液的瞬态热致非线性效应.该方法的最大优点是很容易区分瞬态热致非线性折射和三阶非线性折射.本文利用PO Z-扫描和传统Z-扫描研究了在8 ns脉宽、不同能量激光脉冲作用下[Tp*W(μ3-S)3Cu3Py3(μ3-Br)](PF6)/DMF溶液的光学非线性.从声波方程和热传导方程出发,对实验结果进行了理论分析和数值模拟,理论值和实验结果很好的吻合.研究结果表明,样品溶液的非线性折射主要来源于瞬态热致非线性效应.     

相位物体$lt;i$gt;Z$lt;/i$gt;-扫描研究金属簇合物［$lt;i$gt;Tp$lt;/i$gt;*W($lt;i$gt;μ$lt;/i$gt;$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;-S)$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;Cu$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;$lt;i$gt;Py$lt;/i$gt;$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;($lt;i$gt;μ$lt;/i$gt;$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;-Br)］($lt;i$gt;PF$lt;/i$gt;$lt;sub$gt;6$lt;/sub$gt;)/DMF溶液的瞬态热致非线性折射

在纳秒时域,采用相位物体（PO）Z-扫描技术研究了一种新型金属簇合物溶液的瞬态热致非线性效应.该方法的最大优点是很容易区分瞬态热致非线性折射和三阶非线性折射.本文利用PO Z-扫描和传统Z-扫描研究了在8 ns脉宽、不同能量激光脉冲作用下［Tp*W（μ₃-S）₃Cu₃Py₃（μ₃-Br）］（PF₆）/DMF溶液的光学非线性.从声波方程和热传导方程出发,对实验结果进行了理论分析和数值模拟,理论值和实验结果很好的吻合.研究结果表明,样品溶液的非线性折射主要来源于瞬态热致非线性效应. 关键词： Z-扫描')" href="#">相位物体 Z-扫描 瞬态热致非线性折射 光克尔效应 DMF     

折射定律与反射定律的推导

利用费马原理推导折射定律与反射定律,推导时不需做一些假定(如假定实际光线的光学长度是最小值或折射光线位于入射光线和界面法线所在的平面上),可加深学生对费马原理的理解.     

金属卟啉化合物激发态折射与激发态吸收增强瞬态热折射竞争研究

应用激发态吸收增强瞬态热折射理论结合激发态折射理论研究了新型锌卟啉化合物Zn-porphyrin 中激发态吸收增强瞬态热折射与激发态折射间的相互竞争. 样品在不同脉宽激光激发下呈现自聚焦-自散焦间的转化. 当入射激光脉宽为4 ns时,激发态折射占主要地位,样品呈现自聚焦性质;当入射激光脉宽为8ns时,激发态吸收增强瞬态热折射占主要地位,激发态折射占次要地位,样品呈现自散焦性质. 关键词： 金属卟啉化合物 激发态折射 瞬态热折射     

基于高介电常数基板和金属结构负折射材料的设计,仿真与验证

通过将单回路镜像对称开口金属环结构印制在高介电常数基板上,实现了一种金属含量比传统负折射材料更少,"双负"通带比全介质负折射材料更宽的负折射材料.分析了高介电常数基板产生负介电常数以及"双负"通带形成的机理,通过仿真实验分析了影响"双负"通带的因素.通过制作样品验证了这一机理实现"双负"的可行性,理论分析与实验结果都表明这种方法可实现较宽频段内的"双负"通带. 关键词： 负折射材料 负介电常数 负磁导率 介质谐振器原理     

爆轰波在炸药-金属界面上的折射分析

针对爆轰波在炸药-金属界面上折射时由实验获得的金属折射冲击波压力与经典爆轰波极曲线理论预测的压力存在显著差异这一问题, 本文展开了进一步的理论和数值模拟分析研究. 首先通过分析指出经典爆轰波极曲线理论的缺陷, 并对爆轰波极曲线理论进行了改进, 改进爆轰波极曲线理论给出了炸药爆轰波折射类型以及折射冲击作用点处的压力值. 然后发展了一个基于次特征理论来数值求解爆轰反应流动控制方程的二阶中心型Lagrange方法, 并数值模拟了一个典型的炸药爆轰波折射实验. 改进爆轰波极曲线理论和数值模拟分析结果表明, 爆轰波折射类型有三种:反射冲击波的正规折射、带Mach反射的非正规折射、无反射波的正规折射, 并且金属折射冲击波压力值随入射角增大而单调减小.     

基于相位追踪的水中物体三维面形测量

提出一种基于相位追踪和光线迫迹算法测量水中物体三维形貌的新方法.该方法利用正弦面结构光来记录物体的三维面形数据,首先由投影仪投出止弦条纹图来调制淹没于水中物体的三维信息,摄像机拍摄获得物体表面的变形条纹图,然后利用相位追踪算法确定投影条纹和变形条纹之间的对应点,最后对相应的匹配点对进行光线追迹计算后,可以恢复出物体的三维形貌.由于使用面结构光进行测量,无需移动装置来实现对物体的一维或二维全场扫描,这样既节约了经济成本又缩短了测量时间.利用该方法进行了实际测量,得到了较好的重建结果,证明了本方法的正确性和可行性.     

紫外线的危害及防护

紫外线的存在并不只限于艳阳高照，阴雨天、车内或近窗口处也同样有紫外线，很多人纳闷为什么在海边游玩时已撑伞或戴帽却仍晒黑了?事实上，光线除了直射外还有反射和折射，经由水和雪等物质反射和折射的紫外线，对肌肤的伤害绝不亚于直射的阳光，这就是为什么在雪地、水边，仍然需要注意防范紫外线的原因，下面就对紫外线的有关问题做一描述。     

二维光子晶体负折射现象条件及特性研究

结合光子晶体带隙图和等频率线图分析了二维光子晶体中出现负折射现象的条件,得出了负折射现象出现的频率范围.采用有限时域差分法模拟了光在光子晶体界面和内部的传输行为,验证了以上理论所给出的负折射出现的频段,观察到了明显的负折射现象.比较了不同介质、不同晶格结构光子晶体中不同频率的负折射行为.提出一种新结构的六角型二维三角晶格光子晶体分光镜的模型.     

费马原理在球面界面理想成像中的应用——主轴外物点

费马原理是几何光学的一个基本原理.其物理意义是:光在空间中实际传播路径是以光程取极值的路径传播.本文给出了运用费马原理直接推导得到主轴外物点的球面反射和球面折射的实际光线方程的新方法,并使用近轴条件得到了相应的物像公式.     

高斯波束在光子晶体中的负折射特性分析

为了研究光子晶体中的负折射行为,我们应用2维TM模时域有限差分方法,数值模拟了高斯波束从自由空间垂直入射和斜入射到二维三角晶格光子晶体平板后的折射现象,并给出了平板内外的电场强度分布.模拟结果显示:垂直入射时,光子晶体平板对高斯波束具有汇聚作用,汇聚特性随着波源到晶体的距离的改变而发生显著的变化;斜入射时,折射波束与入射波束也均在法线的同一侧.结果证明了高斯波束在光子晶体和空气的交界面发生了负折射.模拟结果有望在制作聚焦透镜、带通滤波器、耦合器等光子晶体器件方面得到重要应用.     

凹面相控阵聚焦声场在液固界面上的反射和折射

开展了凹面线性相控阵列辐射声场在液固界面上的反射和折射特性研究,利用射线近似方法,得到了凹面相控阵聚焦声场在液固界面上反射和折射后的声场渐近解析表达式,对声波在液固曲面上的反射和折射声场进行了分析和讨论. 利用这个解析表达式,对凹面线性聚焦声场在液固平界面和液固圆柱界面情况下固体中折射纵波和折射横波的相控阵声场进行了分析和讨论,发现凹面线阵声场在液固圆柱界面下比液固平界面具有更好的聚焦效果. 关键词： 凹面阵列 超声相控阵 反射与折射