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平面镜成像光学本质:Mobius带阵列偏振奇异性

来源:力学与工程学院  作者:马晓梅     日期:2019/4/15 10:30:48   点击数:683  

时间:2019-04-19 14:30--2019-04-15 10:30

地点:九里1号综合楼240

报告人:文桂林

 

本报告以动力学概念Mobius带,讨论镜面成像的光学本质。作为教科书中熟知的教条,平面镜成像机理是基于光反射原理的虚像理论。然而,目前仍存在着许多混淆现象,根据虚像理论无法令人信服地获得解释。本研究工作表明,虚像理论只是一种表象方法,不能描述镜像的光学本质,而平面镜成像的光学本质是Mobius带阵列偏振奇异性。光与介质的强相互作用,在透明介质中产生海量的偏振Mobius带阵列。基于Mobius带的不定向特性(non-orientability),每个纳米尺度的Mobius带可连续逆转部分偏振横波,并投射回来,为我们的眼睛或相机提供感光像素。因此,平面镜的镜像是一种由逆转横波产生的实像,而不是经人脑想象合成的虚像。请注意,介质中的Mobius带表示一种复杂的偏振奇异性,是一种光学效应,并不是透明介质中存在这类带状实体结构或材料。此外,手征性、3D镜像不变形、镀银的像质高等谜一样的历史问题,基于所提出的理论均可获得合理解释。接着,平面镜、凸面镜和凹面镜的传统虚像,都可以统一为实像。特别是对于凹面镜,我们的实验证明,在焦距之外的物体同时存在两种实像:由反射光产生的倒立实像和由逆转横波形成的正立镜像,而传统的虚像理论却画不出客观存在的后者。最后,我们提出了“像障”概念,占优的一类像属于可观察的,同时是其他类型像的像障。针对一块玻璃片或前述凹面镜同时存在多种类型的像,该概念可以合理分析不同条件下那些我们可以观察、那些被掩盖了。也指出在传统的光学工程中,成高质量镜像的镜子制造技术,其核心技术思路可能被“反射”误导了。我们的发现不仅可以解决镜像的历史性难题,而且阐明了镜面成像的光学机制和内在本质。

报告内容概要:

(1)Mobius带与研究想法来源;

(2)平面镜成像的历史问题;

(3)平面镜成像的光学本质;

(4)平面镜、凸面镜、凹面镜的虚像统一为实像;

(5)提出“像障”概念及应用;

(6)结论与展望。

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