题目：平面镜成像光学本质：Mobius带阵列偏振奇异性

报告人：文桂林教授

时间：2019年4月25日（周四）下午2：30-4：00

地点：机械院401报告厅

欢迎各位老师及同学参加！

报告人简介：

文桂林，博士生导师，湖南大学机械院教授，特种装备数字化设计与仿真教育部重点实验室主任。教育部新世纪优秀人才，曾被航天八院聘为嫦娥三号月球车移动分系统型号副主任设计师。长期从事非线性动力学与控制理论、特种装备设计与开发等领域的研究工作。主持了国家自然科学基金重点项目、国家863计划等。主持研制的四轮三轴月球车，曾受邀参加了“中华人民共和国成立60周年成就展”。发表SCI论文100余篇，授权发明专利18项。获国家科技进步二等奖（排名第2）以及省部级科技进步奖多项。

报告摘要：

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。