菲涅耳

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奥古斯汀-让·菲涅尔(Augustin-Jean Fresnel 1788-1827)法国土木工程师,物理学家,波动光学的奠基人之一。1788年5月10日生于布罗利耶,1806年毕业于巴黎工艺学院,1809年又毕业于巴黎桥梁与公路学校。1823年当选为法国科学院院士,1825年被选为英国皇家学会会员。
中文名
奥古斯汀-让·菲涅尔
外文名
Augustin-Jean Fresnel
国 籍
法国
民 族
法兰西
出生地
布罗利耶
出生日期
1788
逝世日期
1827
职 业
物理学家
毕业院校
巴黎工艺学院
主要成就
波动光学奠基人之一

人物简介 编辑

菲涅耳(Augustin-Jean Fresnel 1788-1827)法国土木工程师,物理学家,波动光学的奠基人之一。
1788年5月10日生于布罗利耶,1806年毕业于巴黎工艺学院,1809年又毕业于巴黎桥梁与公路学校。1823年当选为法国科学院院士,1825年被选为英国皇家学会会员。1827年7月14日因肺病医治无效而逝世,终年仅39岁。
菲涅耳的科学成就主要有两个方面。一是衍射。他以惠更斯原理和干涉原理为基础,用新的定量形式建立了惠更斯--菲涅耳原理,完善了光的衍射理论。他的实验具有很强的直观性、明锐性,很多现仍通行的实验和光学元件都冠有菲涅耳的姓氏,如:双面镜干涉、波带片菲涅耳透镜、圆孔衍射等。另一成就是偏振。他与D.F.J.阿拉果一起研究了偏振光的干涉,确定了光是横波(1821);他发现了光的圆偏振和椭圆偏振现象(1823),用波动说解释了偏振面的旋转;他推出了反射定律和折射定律的定量规律,即菲涅耳公式;解释了马吕斯反射光偏振现象和双折射现象,奠定了晶体光学的基础。
菲涅耳由于在物理光学研究中的重大成就,被誉为“物理光学的缔造者”。

主要成就 编辑

他的主要成就大多集中在光学的衍射偏振方面。他的研究工作的特点是:精心设计实验,并将实验结果和波动说理论进行比较,进而建立完善的理论,再由实验和计算加以验证。可以说他的一生,为波动光学从实验到理论的建立起了不可磨灭的作用。

学术研究 编辑

1815年他向巴黎科学院提出了第一篇论文《光的衍射》这篇论文一开头他就批评了微粒说,认为它引进的种种假设如微粒因色而异、突变等等说明不了光为什么具有一定速度,而波动说全不需要任何假设。论文中提出了他的衍射理论及其实验根据。1816年,他又陆续提交了关于反射光栅和半波带法的论文。
1817年3月,巴黎科学院决定将衍射理论作为1819年数理科学的悬奖项目。5人评审委员会中拉普拉斯、比奥和泊松是微粒说的支持者,盖-吕萨克中立,只阿拉果一人支持波动说。在安培和阿拉果的鼓励下,菲涅耳改变了对悬赏不感兴趣的态度,于1818年4月提交了论文。论文用严格的数学证明将惠更斯原理发展为后来所谓惠更斯-菲涅耳原理,即进一步考虑了各个次波叠加时的相位关系。这就圆满地解释了光的反射、折射、干涉、衍射等现象,消除了波动说的最大困难枣对光的直进现象的解释。此外,论文中还用半波带法给出各种实验结果的积分计算。支持微粒说的泊松发现了菲涅耳未注意的推论:圆板阴影的中心应该有一亮点。阿拉果立即用实验得到了验证。菲涅耳本人也根据泊松提出对圆孔的其他补充问题顺利地用实验给出了回答,科学院一反初衷,决定将奖金授予菲涅耳。由此,波动说得到了巨大胜利。 但还需要用波动说进一步解释偏振现象。在这方面,菲提耳受杨氏双光干涉实验的启发,和阿拉果合作进行了各种实验,发现了偏振光干涉现象,从而进一步论证了光的横波性(1821);发现了光的圆偏振和椭圆偏振现象,并从波动观点加以解释;用波动说解释了光的偏振面的旋转(1823);他还用光的横波性及弹性理论导出了关于反射光和折射光振幅的著名公式即菲涅耳公式,从而解释了法国物理学家马吕斯(EtienasLoutsMallis,1775~1812)所发现的光在反射时的偏振现象和双折射现象,为晶体光学奠定了基础。

透镜原理 编辑

菲涅耳透镜(Fresnel len),又称螺纹透镜,是由法国物理学家奥古斯丁简菲涅耳所发明的一种透镜。此设计原来被应用於灯塔,这个设计可以建造更大孔径的透镜,其特点是焦距短,且比一般的透镜的材料用量更少、重量与体积更小。和早期的透镜相比,菲涅耳透镜更薄,因此可以传递更多的光,使得灯塔即使距离相当远仍可看见。

透镜应用 编辑

在广泛的领域中,菲涅耳透镜放射出它的光芒。
菲涅耳透镜fresnel Lens:被切割成窄环状再打平的镜头。镜头上有一圈圈的窄同心圆或梯级, 它们可以将 (各个方向射来的)光线汇聚成图像。
菲涅耳Fresnel透镜的技术广泛应用在光学屏幕的制造工艺上,传统的光学镜头只有曲面部分起作用,其他所有的部分都可以去掉。如果拉平有效的镜头曲面部分,就成了菲涅尔镜头,菲涅耳透镜由 CAD/CAM 采用钻石切割而成。
菲涅耳透镜结构可以将入射光汇聚成平行光线, 在一定的视角范围内增加屏幕的亮度。在一块屏幕上,切割了多达 1 万种不同剖面的菲涅耳镜头。菲涅耳透镜点距,是指相邻两个菲涅耳透镜之间的距离,也即每个剖面的尺寸,常用单位为 mm;菲涅耳透镜点距代表屏幕的分辨率,在同等面积屏幕范围内,菲涅耳透镜点距的单位越大,则能够显示的最高分辨率越底,一般菲涅耳透镜点距的大小与屏幕的大小成正比。
被动式红外报警器被动式红外报警器不向空间辐射能量, 而是依靠接收人体发出的红外辐射来进行报警的。 任何有温度的物体都在不断向外界辐射红外线,人体的表面温度为 36-27。C,其大部分辐射能量集中在 8-12um 的波长范围内。被动式红外报警器在结构上可分为红外探测器(红外探头)和报警控制部分。红外探测器目前用得最多的是热释电探测器,作为人体红外辐射转变为电量的传感器。如果把人的红外辐射直接照射在探测器上,当然也会引起温度变化而输出信号,但这样做,探测距离是不会远的。为了加长探测器探测距离,须附加光学系统来收集红外辐射,通常采用塑料镀金属的光学反射系统或塑料做的菲涅耳透镜作为红外辐射的聚焦系统。 在探测区域内,人体透过衣饰的红外辐射能量被探测器的透镜接受,并聚焦于热释电传感器上。当人体(入侵者)在这一监视范围中运动时,顺次地进入某一视场,又走出这一视场,热释电传感器对运动的人体一会儿看到,一会儿看不到,于是人体的红外线辐射不断地改变热释电体的温度, 使它输出一个又一个相应的信号,此信号就是报警信号。被动式红外报警器的主要特点有以下几点:由于它是被动式的,不主动发射红外线,因此其功耗非常小,安装方便。与微波报警器相比,红外波长不能穿越砖头水泥等一般建筑物, 在室内使用时,不必担心由于室外的运动目标会造成误报。
在较大面积的室内安装多个被动红外报警器时,因为它是被动的,所以不会产生系统互扰的问题。
工作不受声音的影响,即声音不会使它产生误报。 国际上有人研制大型菲涅耳透镜,试图用于制作太阳能聚光集热器。菲涅耳透镜是平面化的聚光镜,重量轻,价格比较低,也有点聚焦和线聚焦之分,一般由有机玻璃或其它透明塑料制成,也有用玻璃制作的,主要用于聚光太阳电池发电系统。
我国从 70 年代直至 90 年代,对用于太阳能装置的菲涅耳透镜开展了研制。有人采用模压方法加工大面积的柔性透明塑料菲涅耳透镜,也有人采用组合成型刀具加工直径 1.5m 的点聚焦菲涅耳透镜,结果都不大理想。有人采用模压方法加工线性玻璃菲涅耳透镜,但精度不够,尚需提高。 还有两种利用全反射原理设计的新型太阳能聚光器,虽然尚未获得实际应用,但具有一定启发性。一种是光导纤维聚光器,它由光导纤维透镜和与之相连的光导纤维组成,阳光通过光纤透镜聚焦后由光纤传至使 用处。另一种是荧光聚光器,它实际上是一种添加荧光色素透明板(一般为有机玻璃),可吸收太阳光中与荧光吸收带波长一致的部分, 然后以比吸收带波长更长的发射带波长放出荧光。放出的荧光由于板和周围介质的差异,而在板内以全反射的方式导向平板的边缘面,其聚光比取决于平板面积和边缘面积之比,很容易达到10 一 100,这种平板对不同方向的入射光都能吸收,也能吸收散射光,不需要跟踪太阳。
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