第一章_光和光的传播
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2 在相同介质中有：I nE 0
5）相对光强：
I E
2 0
注意： 光强是一个平均值
n 2 I S E0 2c0
6）光强定义为一个平均值的原因
响应时间：能够被感知或被记录所需的最短时间 人眼的响应时间： t 0 . 1 s
9 最好的仪器的响应时间大约： 10 s 15 光波的振动周期： T 10 s
l/ 8 ~l / 14 imaging resolution
Wang, et.al.,nature. 2,218 (2011)
1.2 光源与光谱
1）任何发光物体都叫光源。光的发射包括热辐射和非热
辐射。 2）可见光的波长范围： 4000 7600 频率： c/ 真空中的光速： c 3 18 0 m /s 对应的频率范围： 7 . 5 ~ 3 . 9 114 0 Hz
e. 光学原理
玻恩（誉为光学圣经）
第一章 光和光的传播
1.1 光学发展及光的本性
人类感官接收到外部 世界的总信息量中至少有 90％以上通过眼睛； 光学是一门古老的学科， 又是一门新兴的年青学科； 激光器诞生后，光学开 始了迅猛发展，成为科研 前沿极为活跃的学科。
五个时期
一、萌芽时期 公元前500年—公元1500年面镜、眼镜和 幻灯等光学元件已相继出现 （1） “阳燧”取火，金属凹面镜； （2）公元前4世纪， 《墨经》墨家就做过 针孔成像和面镜成像的实验，并给予分 析和解释。 （3）克莱门德（Clemomedes）和托勒密 （C.Ptolemy,90--168）研究了光的 折射现象； （4）培根（R.Bacon,1214--1294）提出 透镜校正视力和采用透镜组构成望远镜 的可能性 ，阿玛蒂（Armati）发明了 眼镜。
l
3）光强： 通过单位面积的平均光功率，
或者说，光的平均能流密度 ， 4）光强表达式： S E HE H
2 0 E H S E H E 0 0
0
0 , 分别是真空介电常数和真空磁率 0
分别是相对介电常数和相对磁率 ,
在光频波段 1
1/ 0 0
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故
S
0 2 n 2 nE E c 0 0
真空中电磁波的波动方程：
2 2 0 2
可得：
1 2 EE c o s ( t ) E ( 1 c o s ( 2 ( t ) ) ) 0 2
四、量子光学时期
1900~1950，近50年
• 惠更斯-菲涅尔的波动理论带有机械论 色彩，认为光是在弹性介质中传播的 弹性波。 • 光的电磁理论主要困难是不能解释光 和物质相互作用的某些现象，例如， 炽热黑体辐射中能量按波长分布的问 题； 3. 1900年普朗克提出了能量量子理论， 成功解释黑体辐射问题； 4、爱因斯坦提出了光量子理论，成功 地解释光电效应问题。
中国古代铜镜
二、几何光学时期
1500~1800，大约300年
1、斯涅耳和笛卡儿等建立了光的反 射定律和折射定律，奠定了几何光学 的基础； 2、牛顿，伽利略等人研制出了望远 镜和显微镜等光学仪器； 3、牛顿为代表的微粒说占据了统治 地位； 4、对折射定律的解释是错误的。
牛顿制作的反射望远镜
n 2 n1
v2n v1n
v
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v
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v v s i n i v s i n i 1 t 1 1 2 t v 2 2
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s i n i / s i n i v / v 1 2 2 1
i2
v 2t
v
2
i / sin i n / n 上式与折射定律 sin 1 2 2 1 v 2n 比较，有 v/v n 2 1 2 /n 1 亦即：光在光密媒质中的速度较大
E E c o s ( t ) 0
百度文库
Tn Tn 1 1 2 2 2 I S E d t E c o s ( t ) d t 0 0 0 Tc Tc 0 0
n T2 n2 I E ( 1 c o s ( 2 ( t ) ) ) d t E 0 0 0 2 c T 2 c 0 0 2 I 1 n1 E 01 2 在不同媒质中有： I 2 n 2 E 02
光的本性
光的两种互补性质：
传播过程中显示波动性 与其他物质相互作用时显示粒子性
光具有波粒二象性
五、现代光学时期 从1950年至今
1、全息术、光学传递函数和激光的 问世是经典光学向现代光学过渡 的标志 2、光学焕发了青春，以空前的规 模和速度飞速发展 1）智能光学仪器 2）全息术 3）光纤通信 4）光计算机 5）激光光谱学的实验方法 6）微纳光学（亚波长光学）
光 学
主讲：陈兵兵
学好光学课的重要意义
当今科研前沿的热门学科 光学课程是众多光学相关交叉课程的基础启蒙课程 ： 如：光电子技术，激光原理与技术，量子光学，信息 学光纤光学，集成光学，光谱学，光子开关术全息光 存储技术，光纤通信技术原理，非线性光学，晶体光 学，原子光学，光电信号检测技术等
光学课的特点
三、波动光学时期 1800~1900，近100年
1、托马斯-杨利用实验成功地解释光的干涉现象； 2、惠更斯－菲涅耳原理成功地解释了光的衍射现象； 3、菲涅耳公式成功地解释了光的偏振现象； 4、麦克斯韦的电磁理论证明光是电磁波； 1888年，赫兹 实验发现电磁波与光波类似性质。 5、傅科的实验证实光在水中传播的速度小于在空气中的 传播速度 6、波动光学的理论体系已经形成，光的波动说战胜了光 的微粒说
内容新：中学学得不多，光学发展很快，新内容不断涌现
分支多：几何光学，干涉，衍射，偏振，光与物质的相互作用
公式多：大约有近200个公式 课程编排特点： 重点是物理光学部分 (干涉，衍射，偏振)
如何学好光学课程
课前预习 按时听课 及时复习 独立完成作业 要主动答疑
参考书
a. 新概念物理教程《光学》赵凯华 b. 光学教程 d. 光学 姚启钧 c. 光学 赵凯华、钟锡华 母国光
5）相对光强：
I E
2 0
注意： 光强是一个平均值
n 2 I S E0 2c0
6）光强定义为一个平均值的原因
响应时间：能够被感知或被记录所需的最短时间 人眼的响应时间： t 0 . 1 s
9 最好的仪器的响应时间大约： 10 s 15 光波的振动周期： T 10 s
l/ 8 ~l / 14 imaging resolution
Wang, et.al.,nature. 2,218 (2011)
1.2 光源与光谱
1）任何发光物体都叫光源。光的发射包括热辐射和非热
辐射。 2）可见光的波长范围： 4000 7600 频率： c/ 真空中的光速： c 3 18 0 m /s 对应的频率范围： 7 . 5 ~ 3 . 9 114 0 Hz
e. 光学原理
玻恩（誉为光学圣经）
第一章 光和光的传播
1.1 光学发展及光的本性
人类感官接收到外部 世界的总信息量中至少有 90％以上通过眼睛； 光学是一门古老的学科， 又是一门新兴的年青学科； 激光器诞生后，光学开 始了迅猛发展，成为科研 前沿极为活跃的学科。
五个时期
一、萌芽时期 公元前500年—公元1500年面镜、眼镜和 幻灯等光学元件已相继出现 （1） “阳燧”取火，金属凹面镜； （2）公元前4世纪， 《墨经》墨家就做过 针孔成像和面镜成像的实验，并给予分 析和解释。 （3）克莱门德（Clemomedes）和托勒密 （C.Ptolemy,90--168）研究了光的 折射现象； （4）培根（R.Bacon,1214--1294）提出 透镜校正视力和采用透镜组构成望远镜 的可能性 ，阿玛蒂（Armati）发明了 眼镜。
l
3）光强： 通过单位面积的平均光功率，
或者说，光的平均能流密度 ， 4）光强表达式： S E HE H
2 0 E H S E H E 0 0
0
0 , 分别是真空介电常数和真空磁率 0
分别是相对介电常数和相对磁率 ,
在光频波段 1
1/ 0 0
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故
S
0 2 n 2 nE E c 0 0
真空中电磁波的波动方程：
2 2 0 2
可得：
1 2 EE c o s ( t ) E ( 1 c o s ( 2 ( t ) ) ) 0 2
四、量子光学时期
1900~1950，近50年
• 惠更斯-菲涅尔的波动理论带有机械论 色彩，认为光是在弹性介质中传播的 弹性波。 • 光的电磁理论主要困难是不能解释光 和物质相互作用的某些现象，例如， 炽热黑体辐射中能量按波长分布的问 题； 3. 1900年普朗克提出了能量量子理论， 成功解释黑体辐射问题； 4、爱因斯坦提出了光量子理论，成功 地解释光电效应问题。
中国古代铜镜
二、几何光学时期
1500~1800，大约300年
1、斯涅耳和笛卡儿等建立了光的反 射定律和折射定律，奠定了几何光学 的基础； 2、牛顿，伽利略等人研制出了望远 镜和显微镜等光学仪器； 3、牛顿为代表的微粒说占据了统治 地位； 4、对折射定律的解释是错误的。
牛顿制作的反射望远镜
n 2 n1
v2n v1n
v
1n
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1
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v
2
i / sin i n / n 上式与折射定律 sin 1 2 2 1 v 2n 比较，有 v/v n 2 1 2 /n 1 亦即：光在光密媒质中的速度较大
E E c o s ( t ) 0
百度文库
Tn Tn 1 1 2 2 2 I S E d t E c o s ( t ) d t 0 0 0 Tc Tc 0 0
n T2 n2 I E ( 1 c o s ( 2 ( t ) ) ) d t E 0 0 0 2 c T 2 c 0 0 2 I 1 n1 E 01 2 在不同媒质中有： I 2 n 2 E 02
光的本性
光的两种互补性质：
传播过程中显示波动性 与其他物质相互作用时显示粒子性
光具有波粒二象性
五、现代光学时期 从1950年至今
1、全息术、光学传递函数和激光的 问世是经典光学向现代光学过渡 的标志 2、光学焕发了青春，以空前的规 模和速度飞速发展 1）智能光学仪器 2）全息术 3）光纤通信 4）光计算机 5）激光光谱学的实验方法 6）微纳光学（亚波长光学）
光 学
主讲：陈兵兵
学好光学课的重要意义
当今科研前沿的热门学科 光学课程是众多光学相关交叉课程的基础启蒙课程 ： 如：光电子技术，激光原理与技术，量子光学，信息 学光纤光学，集成光学，光谱学，光子开关术全息光 存储技术，光纤通信技术原理，非线性光学，晶体光 学，原子光学，光电信号检测技术等
光学课的特点
三、波动光学时期 1800~1900，近100年
1、托马斯-杨利用实验成功地解释光的干涉现象； 2、惠更斯－菲涅耳原理成功地解释了光的衍射现象； 3、菲涅耳公式成功地解释了光的偏振现象； 4、麦克斯韦的电磁理论证明光是电磁波； 1888年，赫兹 实验发现电磁波与光波类似性质。 5、傅科的实验证实光在水中传播的速度小于在空气中的 传播速度 6、波动光学的理论体系已经形成，光的波动说战胜了光 的微粒说
内容新：中学学得不多，光学发展很快，新内容不断涌现
分支多：几何光学，干涉，衍射，偏振，光与物质的相互作用
公式多：大约有近200个公式 课程编排特点： 重点是物理光学部分 (干涉，衍射，偏振)
如何学好光学课程
课前预习 按时听课 及时复习 独立完成作业 要主动答疑
参考书
a. 新概念物理教程《光学》赵凯华 b. 光学教程 d. 光学 姚启钧 c. 光学 赵凯华、钟锡华 母国光