绪论-物理光学
《光学》PPT课件
•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
沈括（1031～1095年） 培根（1214～1294年）
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
4
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
大学物理_物理光学(二)
大学物理_物理光学（二）引言概述:物理光学是大学物理课程中的一门重要分支，研究光的传播、干涉、衍射、偏振等现象，深入探讨光的波动性质。
本文将从五个大点出发，分别阐述物理光学的相关理论和实践应用。
1. 光的干涉现象:- 介绍光的干涉现象，包括两束光的干涉、干涉条纹的形成等。
- 讨论干涉的条件和原理，如杨氏双缝实验、牛顿环实验等。
- 解析干涉的应用，例如干涉仪的工作原理和干涉测量技术。
2. 光的衍射现象:- 解释光的衍射现象，包括单缝衍射、双缝衍射等。
- 探讨衍射的内容和原理，如惠更斯-菲涅尔原理等。
- 探索衍射的应用，例如衍射光栅的工作原理和衍射光谱仪的使用方法等。
3. 光和波的偏振:- 介绍光和波的偏振现象，以及光的偏振方式。
- 阐述偏振光的性质和产生机制，如马吕斯定律等。
- 探讨偏振光的应用，例如偏振片的使用和偏光显微镜的工作原理等。
4. 光的相干性和激光:- 讲解光的相干性，如相干长度和相干时间等概念。
- 探讨激光，包括激光的产生原理和特性，如激光的单色性和定向性等。
- 分析激光的应用，例如激光器的工作原理和激光在通信和医学领域的应用等。
5. 光的散射和色散:- 介绍光的散射现象，如瑞利散射和弗伦耳散射等。
- 阐述色散现象，包括光的色散和物质的色散。
- 探讨散射和色散的应用，例如大气散射对天空颜色的影响和光谱分析等。
总结:物理光学是探究光波动性质的重要学科，它涉及光的干涉、衍射、偏振、相干性、激光、散射和色散等多个方面。
本文通过概述以上五个大点，详细介绍了物理光学的相关理论和实践应用，希望能够对读者对物理光学理解有所助益。
工程光学基础绪论
❖光学部分：由各类透镜、棱镜、平面镜、 光栅等光学元件组合而成
Chapter1 2011.3
设计一个光电仪器的步骤
❖1. 初步设计 ❖ 原理方案拟定，外形尺寸计算，各分
系统确定
❖2 . 光学设计（像差设计） ❖ 确定具体的结构参数，校正像差，达
到要求的成像质量
Chapter1 2011.3
光学的另一个重要的分支是由成像光学、全息术和光 学信息处理组成的。这一分支最早可追溯到1873年阿贝提 出的显微镜成像理论，和1906年波特为之完成的实验验证； 1935年泽尔尼克提出位相反衬观察法，并依此由蔡司工厂 制成相衬显微镜，为此他获得了1953年诺贝尔物理学奖； 1948年伽柏提出的现代全息照相术的前身——波阵面再现 原理，为此，伽柏获得了1971年诺贝尔物理学奖。
不考虑光的本性 研究光的传播规律和传播现象
特点： 不考虑光的本性，把光认为是光线
光线的概念：能够传输能量的几何线，具有方向
光线概念的缺陷
Chapter1 2011.3
采用光线概念的意义： 1.用光线的概念可以解释绝大多数光学现象
影子、日食、月食
Chapter1 2011.3
2.绝大多数光学仪器都是采用光线的概 念设计的
Chapter1 2011.3
A
AO: 入射光线 OB: 反射光线 OC: 折射光线 NN: 过投射点所做的分界面法线 I1: 入射光线和分界面法线的夹 角，入射角 R1: 反射光线和分界面法线的夹 角， 反射角 I2: 折射光线和分界面法线的夹 角，折射角
Chapter1 2011.3
N B
I1
1
中红外线 10
远红外线 102
《光学》全套课件 PPT
τ
cosΔ
dt =0
τ0
I = I1 +I2
叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和，
无干涉现象
2、相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后
I =I1 +I2 +2 I1I2 cosΔ 位相差恒定，有干涉现象
若 I1 I2
I =2I1(1+cosΔ
)
=4I 1cos2
Δ 2
Δ =±2kπ I =4I1
r2
§1-7 薄膜干涉
利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和 折射，可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。
一、薄膜干涉 扩展光源照射下的薄膜干涉
在一均匀透明介质n1中
放入上下表面平行,厚度
为e 的均匀介质 n2(>n1)，
用扩展光源照射薄膜，其
反射和透射光如图所示
a
n1
i
a1 D
B
n2
A
n1 C
2、E和H相互垂直，并且都与传播方向垂直，E、H、u三者满 足右螺旋关系，E、H各在自己的振动面内振动，具有偏振性．
3、在空间任一点处
εE = μH
4、电磁波的传播速度决定于介质的介电常量和磁导率，
为
u= 1 εμ
在真空中u= c =
1 ≈3×108[m ε0μ0
s 1]
5、电磁波的能量
S
=E
×H ,
只对光有些初步认识，得出一些零碎结论，没有形
成系统理论。
二、几何光学时期
•这一时期建立了反射定律和折射定律，奠定了几何光学基础。
•李普塞（1587～1619）在1608年发明了第一架望远镜。
•延森（1588～1632）和冯特纳（1580～1656）最早制作了复 合显微镜。 •1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星 的卫星。 • 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律
《光学》课程教学电子教案 第0章 前言绪论(32P)
绪论
目录
1. 光学的研究对象、地位和特点 2. 光的本性 3. 现代光学的主要标志 4. 光学的发展趋势——光子学的崛起 5. 光学课程的学习方法
绪论
1. 光学的研究对象、地位和特点
光是一种重要的自然现象 光学是物理学的一个重要分支 光学学科是一门应用性极强的基础学科
第8章激光基础第0章第1章第2章第3章第4章绪论光波光线与光子光学成像的几何学原理光的干涉与相干性光的衍射与变换第5章第6章光学成像的波动学原理光的双折射与光调制第7章光的吸收色散及散射目录光学教案简介绪论光学教案赵建林编著普通高等教育十五国家级规划教材高等教育出版社高等教育出版社高等教育电子音像出版社目录1
光学 教案
简介
致谢
本教案中给出的所有插图仅供用于课堂教学参考。其中绝大多数 插图中系作者自己制作，个别图片取自网络共享文献，在此向原作者表 示感谢。
在本电子教案的编写和出版过程中，高等教育出版社胡凯飞、庞 永江、王文颖、郭亚嫘等编辑付出了辛勤的努力，西北工业大学教务处 为作者提供了精神和经费上的重要支持，西北工业大学教材建设委员会 的诸位专家对提出了许多宝贵的建设性修改意见。此外，作者的研究生 徐宏来曾协助作者编制教案的PPT版初稿，谢嘉宁、曲伟娟、陆红强、 王军等曾协助制作了部分仿真实验图片。作者在此一并表示衷心感谢。
(8) 量子论的提出
普朗克（M. Planck）的黑体辐射公式 爱因斯坦的光电效应方程 “光子（photon）”概念的提出
(9) 光的本性的再认识
激光与新效应 光是一种特殊的客体，具有波粒二象性
绪论
3. 现代光学的主要标志
传统光学的研究对象：
以望远镜、显微镜、光谱仪、干涉仪、照相机等为代表的各种光学仪 器及其在精密测量、光谱分析以及成像等方面的应用
绪论
22
另一个显示光的微粒性的重要发现是光电效应实验。 1887年赫兹在实验中发现，光照射到金属表面可使 电子从金属表面逸出。逸出电子的能量与光强无关， 但与光的频率有关，这是一个光的吸收问题，用光 的波动理论无法解释光电效应的实验规律。 1905年爱因斯坦（A. Einstein, 1879-1955)发展了普朗克的量子 假说，提出了光子理论。圆满 地解释了光电效应的实验规律， 并被后来的许多实验所证实。
27
三. 光学的理论体系
光学研究的内容十分广泛，包括光的发射、传播 和接收等规律，光和其他物质的相互作用（如光 的吸收、散射和色散，光的机械作用和光的热、 电、化学和生理效应等），光的本性问题，以及 光在生产和社会生活中的应用等等。
28
光 学
几何光学
波动光学 量子光学
物理光学
现代光学
全息光学 傅立叶光学 非线性光学 激光原理及应用 激光光谱学 ……..
25
德布罗意的这一假设在1927年被戴维孙（C. J. Davisson, 1881-1952) 和革末（L. H. Germer, 1896-1971)的电子衍射实验所证实。
26
事实上，不仅光具有波粒二象性，一切实物粒 子同样具有波粒二象性，也就是说，这是微观 物质所共有的属性。 至此，关于光的本性的回答，可以用下面几句 话来概括： 光是一种物质形态，具有波粒二象性；波动性 和粒子性是同一客观物质——光在不同场合下 反映出来的两种属性；光既是具有粒子性的电 磁波，又是具有波动性的粒子流。
物理光学原理
物理光学原理光学是研究光的产生、传播和相互作用的科学，它涉及到光的波动性和粒子性的性质。
物理光学原理是指光的行为和性质可以被解释和预测的基本原理。
本文将探讨光的传播、折射、反射、干涉和衍射等方面的原理，并且展示其在实际应用中的重要性。
一、光的传播原理光是一种电磁波，它以极高的速度在真空中传播。
光的传播遵循直线传播原理，也就是说光在均匀介质中会沿着最短路径传播，这是因为光在不同介质中的传播速度不同。
二、光的折射原理光在从一种介质传播到另一种介质时，会发生改变方向的现象，这就是光的折射。
光的折射遵循斯涅尔定律，即入射角和折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
这一原理广泛应用于透镜、棱镜等光学元件的设计和制造。
三、光的反射原理光的反射是指当光从一种介质射向另一种介质的界面时，部分光被反射回原介质的现象。
反射光会遵循反射定律，即入射角等于反射角。
这个原理在镜子、光学反射器等日常生活中广泛应用。
四、光的干涉原理光的干涉是指两束或多束光线相互叠加时产生的明暗交替的现象。
干涉现象可以用波动理论解释，即光的波峰与波谷叠加后会增强或者抵消彼此，形成明暗条纹。
这个原理被广泛应用于干涉仪、薄膜的表面检测等领域。
五、光的衍射原理光的衍射是指光通过狭缝或者物体的边缘时，会发生弯曲或者扩散的现象。
衍射现象可以用波动理论解释，当光通过狭缝或者物体时，波前会发生弯曲，形成衍射图样。
光的衍射被广泛应用于天文学、显微镜等领域。
光学作为一门重要的科学学科，影响着人类的生产和生活。
人们通过对光学原理的深入研究，发明了许多重要的光学仪器和器件，如望远镜、显微镜、激光器等，这些技术的发展对人类的科技进步和社会发展起到了积极的推动作用。
总结：物理光学原理是研究光的产生、传播和相互作用的基本原理。
通过对光的传播、折射、反射、干涉和衍射等方面的原理的探索，我们能够更好地理解和应用光学现象。
光学作为一门关乎光与物质相互作用的学科，对人类的科学探索和技术发展起到了重要的作用。
物理光学讲课课件
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律， 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ，到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象，如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料，如晶体、半导体、有 机材料和光纤等，并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用，如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中，光矢量（即 电场强度矢量E）的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状， 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系，即$I = I_0 cos^2 theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量，应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强，在另一些区域振动 减弱，形成稳定的强弱分布的
绪论
考核方法： 考核方法：
成绩共100分： 分 成绩共 笔记与考勤10%；作业 笔记与考勤 ；作业10%；实验 ；实验20%；卷面 ； 60%。 。
请不要抄袭和作弊，此为最大禁忌， 请不要抄袭和作弊，此为最大禁忌， 一旦发现，决不姑息，切记! 一旦发现，决不姑息，切记!
六、参考书目
应用光学》 电子工业出版社，张以谟； 1、《应用光学》，电子工业出版社，张以谟； 工程光学》 天津大学出版社，郁道银等； 2、《工程光学》，天津大学出版社，郁道银等； 应用光学》 北京理工大学出版社，安连生； 3、《应用光学》，北京理工大学出版社，安连生； 应用光学： 题解与自测》 4、《应用光学：概念 题解与自测》，北京理工 大学出版社，李林，黄一帆等。 大学出版社，李林，黄一帆等。 几何光学与光学设计》 浙江大学出版社， 5、《几何光学与光学设计》，浙江大学出版社， 李晓彤。 李晓彤。
要求： 要求：
上课认真听讲，记录笔记， 1、上课认真听讲，记录笔记，有不懂的地 方及时提出； 方及时提出； 课后必须看书复习， 2、课后必须看书复习，把课堂和课件的内 容整理到笔记本上，不定期检查； 容整理到笔记本上，不定期检查； 独立、认真完成课后练习， 3、独立、认真完成课后练习，严格禁止抄 袭他人作业，发现者平时成绩0分处理； 袭他人作业，发现者平时成绩0分处理； 保证出勤，不定期检查出勤状况， 4、保证出勤，不定期检查出勤状况，有特 殊原因提前请假。 殊原因提前请假。
四、《应用光学》课程的意义 应用光学》
是后继光电子课程的总入口； 1、是后继光电子课程的总入口； 为后继专业课和专业基础课服务； 2、为后继专业课和专业基础课服务； 从事光学设计工作的基础； 3、从事光学设计工作的基础； 部分院校的研究生考试专业课。 4、部分院校的研究生考试专业课。
《物理光学》课件
过一定时间以后，电磁振动所到达的各点将构成一个以O点为中
心的球面，如图所示。这时的波阵面是球面，这种波就称为球
面波。
光线
波面
O
R
设图中的球面波为单色光波。由于球面波波面上各点的位相相 同，因此只需研究从O点发出的任一方向上各点的电磁场变化规 律，即可知道整个空间的情况。 取沿OR方向传播的光波为对象。设O点的初相为0，则距O点为r 的某点P的位相为
nc v
代入c、v各自的表达式，有
n c v
00
rr
r为相对介电常数，r为相对磁导率。
对除磁性物质以外的大 多数物质而言， r 1,故 n r
这个表达式称麦克斯韦 关系。
§3 平面电磁波 本节根据波动的两个偏微分方程，结合边界条件、初始条件，
得出其中的平面波解－平面波的波函数。
对积分得
2E z 2
1 v2
2E t 2
2E 4
0
即
E
0
E g
g 是的任意矢量函数
再对 积分得
E
g
d
f2
f1
f2
f1z vt f2 z vt
vt
取周期为2的余弦函数作为波动方 程的特解：
E
A cos
2
z
vt
3
B
A
cos
2
z
vt
4
二 平面简谐波
（3）（4）式是平面简谐波的波函数，即我们认定研究的电磁 波为平面简谐波。
大学物理学ppt课件
电势差与电场强度的关系
电势的定义及计算
电势与电势差
01
03 02
静电场与恒定电场
01
静电场中的导体与电介质
02
导体的静电平衡
03
电介质的极化
静电场与恒定电场
01 02 03
恒定电场与电流 欧姆定律与焦耳定律
电流密度与电动势
恒定磁场与电磁感应
磁感应强度与磁场力
磁场对电流的作用力
磁感应强度的定义及 计算
动量与冲量的定义及性质
动量守恒定律的条件与表 达式
动量定理的推导与应用
碰撞问题中的动量守恒定 律
角动量定理与角动量守恒定律
角动量与力矩的定义及 性质
角动量守恒定律的条件 与表达式
01
02
03
角动量定理的推导与应 用
04
刚体定轴转动中的角动 量守恒定律
功、能、机械能守恒定律
功的定义及计算方法
机械能守恒定律的条件与表 达式
热力学第一定律
热力学第一定律的表述
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或 其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不 变。
热力学第一定律的数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统与外 界交换的热量，W表示外界对系统所做的功。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
现状
当代物理学正在探索宇宙起源、物质 反物质不对称、暗物质与暗能量等前 沿问题，同时也在发展新的理论和实 验技术。
大学物理学的课程目标
01
掌握物理学的基本概念和基本原理，理解物理现象的本 质和规律。
02
培养分析和解决物理问题的能力，掌握物理学的研究方 法和实验技能。
《光学》课程教学大纲
《光学》课程教学大纲课程名称：光学课程类别：专业必修课适用专业：物理学考核方式：考试总学时、学分：56 学时 3.5 学分其中实验学时：0 学时一、课程性质、教学目标《光学》是普通物理学的一个重要组成部分，是四年制本科物理学专业的一门专业必修基础课程。
它是研究光的本性、光的传播和光与物质相互作用的一门基础科学。
通过本课程的学习，应使学生掌握光学的基本概念、基本原理、基本规律和处理问题的基本技巧，并能解决具体的实际问题；知悉现代光学知识及发展趋势，了解光学在科研、生产和生活实践中的应用以及学科发展的历史概况；培养学生的科学思维、科学品质和科学素养。
该课程主要包括物理光学、几何光学、分子光学、量子光学和现代光学五部分基本内容。
是学生学习原子物理、电动力学和量子力学等后继课程的基础，是“近代物理的敲门砖”。
为学生毕业后进入科学研究工作或从事中学物理教学工作打下良好的基础。
其具体的课程教学目标为：课程教学目标1：了解光的干涉现象和衍射现象；熟练掌握干涉衍射的基本原理、条纹特征、光强分布及其应用；掌握干涉仪的基本原理及其应用。
使学生能运用所学的干涉衍射知识解释生活中的一些光学现象，并能够胜任中学有关光学知识的教学工作。
课程教学目标2：深刻理解几何光学的基本原理；掌握光学元件的成像规律；学会运用几何光学的光线作图法寻找成像规律；掌握常用光学仪器的基本原理。
培养学生理论与实践相结合的能力，会分析解决相关物理中的实际问题。
课程教学目标3：了解光与物质的相互作用；理解光的量子性；领悟光的量子性的主要实验证据；理解激光的特性及其应用。
使学生能用所学的知识解释相关的自然现象，培养学生学习物理的兴趣。
课程教学目标与毕业要求对应的矩阵关系注：以关联度标识，课程与某个毕业要求的关联度可根据该课程对相应毕业要求的支撑强度来定性估计，H表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。
二、课程教学要求通过本门课程的学习，使学生了解光学发展史和基本的光学知识以及光学在科学领域中的应用，理解光学中有关光波的本性问题的探讨和其发展过程，掌握光的干涉、衍射和偏振等波动特性及几何光学、光的吸收、散射和色散、光的量子性等。
绪论
绪论（1.5学时）一、对光的早期认识1.早期认识光是我们最熟悉的现象之一。
我们的周围是一个充满了光的世界。
没有光，世界将是一片黑暗，人类、动物、植物等也就无法生存。
那么，什么是光？光的本质是什么？光的反射现象早已为希腊人所知。
早在公元前5世纪，古希腊哲学家和数学家恩培多刻勒(Empedocles)就发表了关于光的著作。
那时，人们主要考虑的是视觉是如何产生的问题。
当时在古希腊有两种假设：一种假设可称为“触觉论”。
它认为人们在观察物体时，从眼睛中伸出一根无形的触须，去探摸物体的亮、暗、颜色等特性，就好像用手去触摸物体一样。
这一假设形象地描绘了视觉过程，但是，在黑暗中人不能看见物体这么简单的事它却不能解释，而黑暗中的物体移近光源时，由不可见变得越来越可见这样的事，就更不能解释了。
另一种假设称为“发射论”。
该假设认为可见的物体能发射一种称为“光”的东西，视觉由光的刺激产生。
这是人类历史上对光认识的第一次飞跃。
虽然它根本不能解释究竟什么是光，但是当时遇到的多数视觉现象可以用它了解释。
经过时间的考验，到公元10世纪前后，发射论完全取代了触觉论。
2.几何光学定律的发现公元前4世纪，墨翟（de）（即墨子）及其弟子在墨经中就已经记录了光的直线传播，阴影的形成，光的反射和凹凸面镜反射成像等规律。
公元前3世纪，古希腊的欧几里德也发现了光的直线传播和镜面发射定律。
从那以后，人类陆续发明了眼镜、透镜等，但总的说来，光学的进展缓慢。
到了公元1621年，斯涅尔(W. Snell)从实验上发现了折射定律，1657年，费马(P. Fermat)提出了著名的时间最小原理。
按照这个原理，光永远是选这样的一条路来走，以使它在最短时间内到达目的地。
由这个原理，并假设不同介质中阻力不同，就可以得到折射定律。
3.波动光学现象的发现17世纪50年代，意大利的格里马迪首次注意到衍射现象。
他发现光在通过细棒等障碍物时违背了直线传播的规律，在物体阴影的边缘出现了亮、暗交替的或彩色变化的条纹。
1-- 绪论;第一篇—第一章：几何光学的基本原理(10物理)
1. 光的直线传播定律 在均匀介 质中，光沿直线传播 .光的直线 传播是我们日常生活中司空见 惯的现象.
2. 光的反射定律 反射光线、入 射光线总是和法线处在同一平 面(入射面)内，入射光线和反射 光线分居于入射点界面法线的 两侧，反射角等于入射角.
入射光线
i
反射光线 法线
i
i i
3. 光的折射定律 折射光线与入 射光线和法线同处在一个平面 上，入射光线和折射光线分居 于法线两侧；入射角与折射角 的正弦之比是一个取决于两介 质光学性质及光的波长的常量.
• 原子光谱结构的规律性的研究 引导到 • 黑体辐射能量的光谱分布研究 能量量子化概念的产生
普朗克提出能量量子化假设
Max Planck 1858----1947
1900年
• 光电效应的研究 ↓ 1905年 光的量子理论—光子的概念 **光具有波粒二象性！
1879----1955 Albert Einstein
2. 20世纪前的学科发展简史 ——经典光学阶段 1.1 光的微粒说
观点：光是发光体发射出的微 小粒子，所以光是沿着 直线行进的。
1642----1772 Sir Isaac Newton
它可对光的反射、折射现象 做一定的解释，但得出光的 V水>V空的结论。
对光的本性的认真探讨，应该说是从17 世纪开始。
1.2 光的机械波动说
观点：光是一种在“以 太”的弹性介质中 传播的机械波。
1629----1695
十七世纪晚期Huygens提出了 波动（纵波）理论，认为光是一 种特殊的波而不是粒子集合。
19世纪初Thomas Young和菲 涅耳等人的理论和实验工作，把光 的波动理论大大向前推进。
物理学导论知识点总结
绪论1、物理学研究的尺度： 宇观尺度（>108米）宏观（>10-3米，且<108米）介观（>10-9米，且<10-3米）微观（<10-9米）2、物理学的对象：０维，１维，２维，３维，分数维数：数学家豪斯道夫在1919年提出了连续空间的概念,也就是空间维数是可以连续变化的,它可以是整数也可以是分数,称为豪斯道夫维数，高自由度体系。
3、科学研究的方法：(1) 科学是理论和实验相互促进发展的过程(2) 理论不仅要解释实验更重要的是预言实验(3) 实验必须是可重复的(4)理论、计算机模拟、实验4、诺贝尔物理学奖的华人科学家：李政道：1926，因发现弱作用中宇称不守恒；杨振宁：1922，1957高锟：1933，光纤2009朱棣文：1948，在劳伦斯·伯克利实验室因“发明了用激光冷却和俘获原子的方法”1997丁肇中：1936，发现J 粒子1976崔琦：1939解释了电子量子流体这一特殊现象1998第一章定性与半定量：物理身体的尺度为l ，体重 l 3，骨骼截面积 l 2，骨骼单位面积载荷 = l 3/ l 2=l;静态下骨骼单位面积载荷是我们的10倍第二章力学2、牛二，动量定理：∑fi ⃗⃗⃗ i =ma =dp dt F t=mv′－mv=p′－p,动量守恒=0 3、角动量定理：L ⃗ =r mv 角动量守恒：Ilarge ，w small 脉冲星的自转极快，旋转周期从1.4 ms 到 30 s （远快于地球自转）。
定性解释原因: 体积小、质量大,密度极大的恒星4、诺伊特定理：作用量的每一种对称性都对应一个守恒定律，有一个守恒量。
对称和守恒这两个得要概念是紧密地联系在一起的。
7、阻尼振动：不论是弹簧振子还是单摆由于外界的摩擦和介质阻力总是存在，在振动过程中要不断克服外界阻力做功，消耗能量，振幅就会逐渐减小，经过一段时间，振动就会完全停下来。
这种振幅越来越小的振动叫做阻尼振动。
理学工程光学f绪论及几何光学原理
真空折射率为1，在标准压力下，20摄氏度时空气折射 率为1.00028，
通常认为空气的折射率也为1，把其他介质相对于空 气的折射率作为该介质的绝对折射率。
提示：但是在设计高精度的太空中的光学仪器 时，就必须考虑空气和真空折射率的不同。
2024/10/12
38
法线
入射光线
N
(二）反射定律
反射光线
（1）反射光线在由
2024/10/12
6
（4）光的本性的两种学说—波动说，微粒说
（5）观察到干涉，衍射现象 （6）首次测得光速
2024/10/12
7
3. 1800~1900年，加速发展时期
（1）干涉，衍射实验成功 （2）偏振现象的发现----横波 （3）光的电磁理论创立 （4）光谱学 照相术 电影业得到很大发展
2024/10/12
40
§1-4 费马原理
• 费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描述光线传 播规律的基本理论。
• 它以光程的观点描述光传播的规律，涵盖了光的直线传 播和光的折、反射规律，具有更普遍的意义。
• 根据物理学，光在介质中走过的几何路程与该介质折射 率的乘积定义为光程。设介质的折射率为n，光在介质 中走过的几何路程为l，则光程s表示为
•
• 折射率高的介质，光速低，称为光密介质； • 折射率低的介质，光速高，称为光疏介质。 • 相对折射率：当光线从第一介质进入第二介质时，第二介
质相对于第一介质的折射率称为相对折射率，其值为第二 介质折射率与第一介质折射率之比，记为n21。
• 通常所讲的介质的折射率是介质相对于空气的折射率。
2024/10/12
绪论
▲ 研究内容
1、光的发射、传播、本性和光与其它物质相互作用的规律。
光学的研究内容
2．光的电磁理论
1865年，Maxwell提出光的电磁波理论， 后来被证实光是电磁波。
光波长的范围：
紫外光
可见光
红外光
5nm--------400nm--------760nm--------1mm
• 18世纪以前微粒说占上风
• 十九世纪是波动说的全盛时期，它成功地解释 了光的干涉、衍射、偏振现象为波动光学奠定 了基础：
• 1801年英国 托马斯.杨做了著名的“杨氏双孔干 涉实验”
• 1819年法国 菲涅尔做了著名的“光的衍射实验”
• 1887年美国 迈克尔孙和莫雷的实验否定了“以太” 的存在。
y’ 称为 像似深度（表观高度、视见深度）
三． 全反射 光学纤维
1．全反射 按照波动理论： 产生全反射时除反射波 外，在光疏介质中并非完全不存在透射波。 只不过它沿界面方向传播，且其振幅在垂 直界面方向按指数衰减， 透入深度只有波 长量级， 称为倏逝波。 但平均来说，光波 的能量全部返回光密介质，所以在光疏介 质中并不形成透射光束。 用于 集成光学、波导光学
这便是折射定律的全部内容。因此，费马 原理是几何光学实验定律的概括，是几何 光学的基本原理。近几年来，光通讯和集 成光学的飞速发展，需要研究光在连续分 布的非均匀介质中的传播规律，仍可用费 马原理推导出光在其中的传播规律。
§1.3.单心光束 实像和虚像 （成像的概念）
光束（一束光线）：指同一光源发出的许 多光线的集合，即有一定关系的一些光线 的集合（与波面对应的法线束） 一、单心光束 像散光束 1．单心光束（同心光束）：光束中各光线或 延长线交于一点。 平行光束： 中心在无限远的特殊情况。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
10 / 14
学习中应注意的事项
Maxwell Equations是物理光学中研究一 切问题的核心 公式推导多、参量多、概念多、利用到 的数学知识多 打好数理知识基础、课堂认真听老师讲 解、课下积极思考完成作业、对于重要 公式和概念要烂熟于胸
11 / 14
11
成绩评定方法
平时作业占20% ，8～9次 课堂练习占10%，将在教学过程中不定 时举行 课程结束后的闭卷考试占70% 平时作业三分之一及以上未交、或三分 之一及以上时间缺课者（课堂练习）， 按学校规定，不得参加考试
光的电磁波说 1865年麦克斯韦建立了光的电磁理论。 观点：光波就是电磁波。
根据：1888年赫兹用实验证实 了电磁波的存在。
解释：光的反射、折射、干涉、衍射、偏振、色 散双折射等现象
8
9 / 14
光的量子学说 19世纪末——20世纪初 普朗克量子假说，爱因斯坦光子假说。 1924年德布罗毅提出物质波的概念，并 得到了实验证实。
自我介绍
1 / 14
1
2 / 14
Isaac Newton Rene Descartes Johannes Kepler
Christiaan Huygens Augustin Jean Fresnel James Clerk Maxwell Albert Einstein
“物理光学”－绪论
2
光学简史
9
物理光学
研究内容：光的电磁波理论；光的传输；光 的偏振；光的干涉；光的衍射；相关应用。 研究方法：核心是Maxwell Equations。 重要性：学分、考研、出国深造、工作… 应用领域：各类光学器件和光学仪器的共同 基础（光学测量——各种光学干涉仪、光谱 分析仪；薄膜光学——增透膜、增反膜、膜 系设计；导波光学——光纤、光波导、集成 光学器件；晶体光学——倍频效应、电光声 光效应、液晶；现代最前沿的光学领域—— 光子晶体、负折射材料、光学隐身衣）。
12 / 14
12
参考教材、网站
《物理光学》第三版，梁铨廷，电子工业出版社, 2008 《物理光学学习指导与题解》，刘翠红，电子工业出 版社, 2009 《光学敎程》，叶玉堂 等，清华大学出版社，2005 《物理光学敎程》，谢敬辉 等，北京理工大学出版 社，2005 Hecht, Eugene. Optics. 4th ed. Addison-Wesley, 2001. ISBN: 9780805385663
13 / 14
13
14 / 14
MIT，Optics，OCW（OpenCourseWare） /OcwWeb/Mechanical-Engineering/2-71Fall-2004/CourseHome/ 华中科技大学，物理光学教学网站 /sub_web/wlgx/index.htm 华中师范大学，波动光学教学网站 http://202.114.36.12/gx/ 南京大学，光学教学网站 /jingpin2007/gx/Course/Index.htm 北京大学，光学教学网站 /pkujpk/course/gx/ 电子科技大学，物理光学教学网站 http://202.115.21.138/wlxt/ncourse/wlgx04/outline/teacherlist.html 湖南师范大学，光学教学网站 http://202.197.120.40/ec/C55/zwpj-1.htm 武汉大学，光学教学网站 /dvnews/default.aspx 山东大学，光学教学网站 http://202.194.26.42/optics/optics200702/optics/index.asp
14
4
5 / 14
几何光学
5
6 / 14
波动光学
光的微粒说 公元前5世纪—17世纪末，18世纪初 观点：光是发光体发射出的微小粒 子，所以光是沿着直线行进的。 解释：假定V水>V空时，可解释光 的反射、折射现象
6
7 / 14
光的机械波动说
观点：光是一种在“以太”的弹性 介质中传播的机械波。
7
8 / 14
光学研究范畴 光是特定波段的电磁波–真空中的波长范围约为390∼760 nm，相应的频率范围约为8×1014∼4×1014Hz。
3 / 14
3
4 / 14
分类 几何光学：以几何光学三定律为基础
干涉
波动光学：
衍射 偏振
Maxwell方程组为基础
a>>λ，过渡到几何光学
量子光学：以光子概念为基础 发射、吸收、激光、光与物质相互作用