第二章 光学和光子学基本知识
光子学基础—第二章
则有 I d
I 0
exp
5102 10
1.65
25
指数增益系数--数字的例
(续上题) 假设激光棒直径为 10mm 激光束从中央轴线来回反射 十次再溢出端面。试光束的发散角? 和激光棒的放大增益? 解 光束角为
tan 5mm 180 0.286 10 100mm
态1的粒子受激 (st) 跃迁到激发态 2 的几率为：
W12 st B12
• 如果仅仅存在自发辐射跃迁和受激吸收跃迁这两个动 作，是导不出普朗克公式的。爱因斯坦认为应当存在
第三个动作--受激辐射跃迁。
10
受激辐射的爱因斯坦理论
• 受激辐射跃迁
在外场〖辐射能量密度也是ρ()〗的作用下，处
• 自发辐射跃迁
• 自发辐射的跃迁几率A21 表示从态 2 向下自发跃迁到态 1 的几率，即态 2
的单位体积 粒子数 n2 的减少率 -d n2 /d t 等于
n2A21
故有：
A21
1 n2
dn2 dt
sp
9
受激辐射的爱因斯坦理论
• 受激吸收跃迁
在外场（辐射能量密度为ρ()）的作用下，从基
B12＝B21
A21 / B21 = 8πn3hν3 / c3
二式成立时，爱因斯坦三个动作的理论就成立，这就 证明受激辐射的存在。
13
受激辐射的爱因斯坦理论-----小结
在二个能级之间，只有存在自发辐射，受 激吸收和受激辐射三个动作并达到平衡时，爱 因斯坦的辐射公式才与普朗克的黑体辐射定律 一致。
2
光子寿命tc -谐振腔的寿命即谐振腔中储存的腔模能量E 下降到1/e的时间。
光学基础知识详细版
光学基础知识详细版一、光的本质光是一种电磁波，是自然界中的一种能量传递形式。
光的本质可以通过波动理论和粒子理论来解释。
波动理论认为光是一种波动现象，具有波长、频率、振幅等特性；粒子理论则认为光是由光子组成的，光子是光的能量载体。
二、光的传播光在真空中的传播速度是恒定的，约为299,792,458米/秒。
光在不同介质中的传播速度不同，这是由于介质的折射率不同所致。
当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象，即光线方向发生改变。
三、光的反射和折射光的反射是指光线在遇到界面时，按照一定规律返回原介质的现象。
光的折射是指光线在通过两种不同介质的界面时，传播方向发生改变的现象。
光的反射和折射遵循斯涅尔定律，即入射角和折射角满足一定的关系。
四、光的干涉和衍射光的干涉是指两束或多束相干光波相遇时，由于光波的叠加，形成新的光强分布的现象。
光的衍射是指光波在遇到障碍物或通过狭缝时，发生弯曲并绕过障碍物传播的现象。
五、光的偏振光的偏振是指光波的振动方向具有一定的规律性。
自然光是由无数个振动方向不同的光波组成的，因此不具有偏振性。
当光波通过某些特殊材料或经过反射、折射等过程后，可以形成具有一定偏振性的光波。
六、光的吸收和发射光的吸收是指光波在传播过程中，能量被物质吸收的现象。
光的发射是指物质在吸收光能后，以光波的形式释放能量的现象。
光的吸收和发射遵循一定的规律，如光的吸收强度与光的频率有关，光的发射强度与物质的性质有关。
七、光的成像光的成像是指利用光学系统（如透镜、反射镜等）使物体发出的光波或反射的光波在另一位置形成实像或虚像的过程。
光的成像原理是光的折射和反射现象，通过光学系统可以实现对物体形状、大小、位置的观察和研究。
八、光的测量光的测量是光学研究中的重要内容，主要包括光强、光强分布、波长、频率、相位等参数的测量。
光的测量方法有直接测量和间接测量两种，直接测量是通过光学仪器直接测量光波参数，间接测量是通过测量光波与物质相互作用的结果来推算光波参数。
光学基本知识点总结
光学基本知识点总结光学是一门研究光传播、控制和利用的学科，以光为研究对象，是物理学的重要分支之一。
在现代科学技术中，光学在激光、光电子技术、光通信、光存储、光制造等领域得到广泛应用。
本文将介绍光学的基本知识点，包括光的本质、光的传播、折射、反射、干涉、衍射等内容，帮助读者全面了解光学。
一、光的本质光是一种电磁波，具有波粒二象性。
光的波长决定了它的颜色，短波长的光呈蓝色，长波长的光呈红色。
光的速度约为每秒300000公里，在真空中传播速度不受模式、光源、光线方向等影响，光在介质中传播速度会发生变化，即出现光的折射现象。
二、光的传播光在空气中是直线传播的，在其他介质中会发生光的折射。
光线的传播方向和传播速度都是沿着光线法线的垂直方向，在不同介质中光的速度不同，根据斯涅尔定律可以计算光线折射角度。
光的传播还可以遵循菲涅耳衍射规律，即光经过一个小孔、缝隙或边缘会形成衍射，这种现象称为菲涅耳衍射。
三、折射折射是指光线从一种介质进入另一种介质时，由于光速的不同而改变传播方向的现象，即光线偏离的现象。
在光线通过界面进入另一种介质时，会出现折射率不同，折射角度不同的现象，这个现象也可以被称之为光的折射现象。
根据斯涅尔定律，可以计算出光线折射的角度。
四、反射反射是光线遇到障碍物或界面时，发生方向改变的现象。
光线在遇到界面时可能会发生反射和折射两种现象，反射光线会遵守反射定律，即入射角等于反射角。
在反光镜、平面镜等物体上，反射光线起着重要作用，它可以形成影像，产生特定的影像效果。
五、干涉干涉是指两束光线相遇时，由于它们的波长、相位、方向、强度等参数不同，会出现相互作用的现象。
干涉分为光程差干涉和振幅干涉。
光程差干涉是指两束光线走过的路程不同，产生相位的差别，形成明纹和暗纹。
振幅干涉是指两束光线的干涉是由于它们的波长、强度和相对相位不同而产生的。
六、衍射衍射是指光线通过一个孔或缝隙时，光线经过弯曲、扩散等变化，从孔径周围发散出去，产生向不同方向辐射的现象。
光子学知识点
光子学知识点光子学是研究光和光的行为的科学领域，它涵盖了光的产生、传播、操纵和检测等方面的知识。
光子学在现代科技和工程中扮演着重要的角色，它的应用涵盖了通信、能源、医疗、材料科学等众多领域。
本文将以以下几个方面介绍光子学的知识点。
一、光子学基础知识1. 光的本质和特性：光是一种电磁波，具有波粒二象性。
它可以在真空中传播，速度为光速。
光的频率和波长决定了它的颜色和能量。
2. 光学元件：光学元件是用来控制和操纵光的器件，常见的有透镜、棱镜、偏振器等。
它们可以对光进行聚焦、分散、偏振等操作。
3. 光学传播和衍射：光可以在介质中传播，并且会发生衍射现象。
衍射是光波遇到障碍物或通过小孔时发生的弯曲和干涉现象。
4. 光与物质的相互作用：光与物质之间存在着相互作用，主要包括吸收、散射、干涉和折射等。
物质的光学性质（如折射率）会影响光的传播和操控。
二、光的产生与检测1. 光的产生：光可以通过多种方式产生，常见的是激光的产生。
激光是一种高度聚焦、单色、相干的光束，它具有独特的性质和广泛的应用。
2. 光的检测：光可以通过光电效应被探测和测量。
光电效应是光的能量被物质吸收后激发电子从固体表面发射出来的现象，常见的探测器包括光电二极管、光电倍增管等。
三、应用领域1. 光通信：光子学在通信领域的应用极为广泛，光纤通信成为现代通信的主要方式，具有高带宽、低衰减和抗干扰等优势。
2. 激光技术：激光技术在医疗、测量、加工等领域有重要应用，如激光手术、激光雷达、激光切割等。
3. 光学显微镜：光学显微镜是一种通过光的折射和衍射原理观察样品的工具，广泛应用于生物医学、材料科学等领域。
4. 太阳能光伏：光子学在太阳能光伏领域的应用有助于提高光伏电池的效率和成本效益。
5. 其他应用：光子学还在光储存、显示技术、光学传感等方面有深入研究和实际应用。
结语光子学作为一门重要的科学学科，对我们的生活和科技发展产生着深远的影响。
本文从光子学的基础知识、光的产生与检测以及应用领域等几个方面介绍了相关的知识点。
光电子学与光子学的原理及应用第二章-课后答案
光电子学与光子学的原理及应用第二章-课后答案1. 选择题1.1 题目一答案：C解析：光电效应是指物质受到光的照射后，吸收光能，将光能转化为电能的一种现象。
光电效应首先是由爱因斯坦在1905年提出的，他在描述光电效应时，引入了光子概念，假设光是由一组个别粒子组成的（即光量子），这些粒子就是后来被称为光子的电磁辐射量子。
1.2 题目二答案：A解析：光电倍增管是指通过光电效应，在光电面上光电发射物质外壳的钨丝和灯管之间加一个高达2000-3000伏的电压使其产生光电流，再对光电流进行电子倍增，最后输出检测的一种光电探测器。
光电倍增管的结构与普通的电子管相似，但是在各个电极和玻璃壳之间加入了紧密和高度真空的保护，同时在阳极和阳极网之间还添加了一个用直流电压加电的光电体。
当阳极对外加正电压使阳极电流开始增大时，就成为光电倍增管。
1.3 题目三答案：D解析：光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的器件。
光电二极管的基本原理是利用半导体材料的PN结在光照射下产生光电效应，使得PN结两端产生电荷，从而产生电压信号。
光电二极管的结构和普通二极管类似，主要由P型和N型的半导体材料组成，当光照射到光电二极管上时，光子能量被半导体材料所吸收，产生的热力激发电子，从而引起半导体PN结的载流子的复合和流动，产生感光电流。
光电二极管应用广泛，如光通信、光电测量、光谱分析等领域。
1.4 题目四答案：B解析：光导纤维是一种能够传输光信号的特殊纤维材料。
光导纤维的核心部分是由高折射率的材料构成，而外部由低折射率的材料构成。
当光线传输到光导纤维中时，会发生全反射现象，使得光线能够沿着光导纤维进行传输，最终到达目标地点。
光导纤维具有传输距离远、损耗小、带宽大、抗电磁干扰等优点，在通信、医疗、传感等领域得到广泛应用。
2. 填空题2.1 题目一答案：钠解析：钠具有低电离电势，激发电子的能量比较低，是光电电子极容易脱离的材料之一。
2.2 题目二答案：光电效应解析：光电效应是指物质受到光的照射后，吸收光能，将光能转化为电能的一种现象。
1.光学基础知识
1.光学基础知识光，作为一种自然现象，对我们的生活至关重要。
它不仅是生物视觉的基础，也是我们周围许多事物的存在方式。
了解光学基础知识是理解我们周围世界的关键。
1、光的基本性质波动性：光作为一种电磁波，具有波动的性质。
这意味着光在传播时会像其他波一样，在空间中传播振荡的能量。
粒子性：尽管光具有波动性，但它也表现出粒子（或量子）的性质。
这种粒子被称为光子，是光的能量单位。
速度：光在真空中的速度是恒定的，约为3×10^8米/秒。
在其他介质中，光的速度会降低。
2、光学基础知识反射：当光遇到物体表面时，会按照入射角等于反射角的规律反射。
这就是为什么我们能看见物体。
折射：当光从一种介质进入另一种介质时，例如从空气进入水，其传播方向会发生改变。
这是因为光的速度在不同介质中是不同的。
散射：当光遇到微小颗粒时，它可能会向各个方向散射。
这种现象解释了为什么天空是蓝色的。
干涉和衍射：当两束或多束相干光波相遇时，它们会相互加强或抵消，形成明暗相间的干涉条纹。
衍射则是光绕过障碍物边缘传播的现象，例如光通过细缝时的弯曲。
颜色：我们看到的各种颜色是由不同波长的光引起的。
可见光的波长范围大约在400纳米（蓝色）到780纳米（红色）之间。
光学仪器：望远镜、显微镜、眼镜、相机等都是利用光学原理制造的设备。
它们帮助我们更好地观察和理解世界。
视觉：人类的视觉系统通过眼睛接收并处理来自周围的光信息，使我们能够看到周围的世界。
了解视觉过程对于理解光学原理至关重要。
3、应用光学在现代生活中有着广泛的应用，不仅在科学研究和工程领域，也涉及到日常生活的方方面面。
以下是一些光学应用：通信技术：光纤通信利用光的传输性质来实现高速、大容量的数据传输。
这是现代通信网络的基础。
医学诊断和治疗：光学仪器如显微镜、内窥镜和激光治疗设备等在医学领域有广泛应用。
它们帮助医生进行精确的诊断和治疗。
环境监测：光谱分析等光学技术用于检测空气、水和土壤中的污染物，有助于环境保护和治理。
光电子技术课件ppt2[1]
![光电子技术课件ppt2[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/2af4091da9956bec0975f46527d3240c8447a13d.png)
22
θ1
B
半波带 a 半波带
2
21′′
1 2 1′
2′
半波带 半波带
A λ/2
两个“半波带”上发的光在P处干涉相消
形成暗纹。 • 当a sin 时3，可将缝分成三个“半波带”
2
Bθ
a
P处近似为明纹中心
A
2024/10/13
λ/2
光电子技术与应用
23
• 当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波
I I1 I2 2 I1I2 cos ,
若 I1 = I2 = I0 ,
则
I
4I0
cos 2
2
( d sin 2 )
I
4I0
光强曲线
2024/10/13
-4 -2 0 2 4
-2 -1 0 1 2 k
x -2 x -1 0
x1
x2
x
-2 /d - /d 0 /d 2 /d sin
光电子技术与应用
E0 sin 2
2
E0 △Φ
令 a sin
2
有
Ep
E0
sin
又
I
E
2 p
，I0 E02
P点的光强
I
I0
sin
2
2024/10/13
光电子技术与应用
27
由 得
I
I0
sin
2
可
(1) 主极大（中央明纹中心）位置：
0处， 0 sin 1 (2) 极小（暗纹）位置：
f
a
a
——衍射反比定律
2024/10/13
光电子技术与应用
sin I
光学与光电子学知识点
光学与光电子学知识点一、光学基础光学是研究光的行为和性质的物理学科。
光作为一种电磁波，具有波粒二象性。
从光的直线传播开始说起。
当光在均匀介质中传播时，会沿着直线前进。
这一特性使得我们能够理解影子的形成。
小孔成像也是基于光的直线传播原理，通过小孔，物体的倒立实像会在另一侧的屏幕上呈现。
光的反射定律是光学中的重要知识点。
反射光线、入射光线和法线都在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。
我们日常照镜子就是光反射的典型应用。
光的折射现象同样常见。
当光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生改变。
比如将筷子插入水中，看起来筷子好像“折断”了，这就是光的折射造成的错觉。
二、几何光学几何光学主要研究光的传播路径和成像规律。
透镜是几何光学中的重要元件。
凸透镜具有会聚光线的作用，常用于放大镜、照相机镜头等；凹透镜则会发散光线，常被用于近视眼镜。
通过凸透镜成像规律，我们知道，当物距大于两倍焦距时，成倒立缩小的实像，照相机就是利用这个原理工作的；当物距在一倍焦距和两倍焦距之间时，成倒立放大的实像，投影仪就是基于此原理；当物距小于焦距时，成正立放大的虚像，放大镜就是这样的应用。
而眼睛就像是一个天然的凸透镜成像系统。
晶状体相当于凸透镜，视网膜相当于光屏。
当晶状体的调节能力出现问题时，就会导致近视或远视，需要佩戴合适的眼镜来矫正。
三、物理光学物理光学侧重于光的波动性和粒子性。
光的干涉是波动特性的有力证明。
杨氏双缝干涉实验中，光通过两个狭缝后在屏幕上形成明暗相间的条纹。
薄膜干涉在生活中也有应用，比如肥皂泡表面的彩色条纹。
光的衍射现象表明光在遇到障碍物时会偏离直线传播。
单缝衍射和圆孔衍射都展示了光的这种特性。
光的偏振现象则进一步说明了光是横波。
偏振片可以过滤掉特定方向的偏振光，在 3D 电影中就用到了偏振光的原理。
四、光电子学光电子学是研究光与物质相互作用以及利用光电转换效应的学科。
光电效应是光电子学的核心概念之一。
光学基础知识
10-9
10-6
10-3 nm
1 m
103 mm
106 m
109
波长 / m
宇宙射线
X 射线 射线
紫 外 线 可 见 光
红 外 线
微波
无线电波
极 远
远
近
紫
蓝
绿
黄
橙
红
近
中
远
极 远
波长 / nm
106
10
200
300 390
455 492
577
597
622
760
5x103 6x103 4x104
（1）、单色平面波 沿＋r 方向传播的平面光波，其电场表示式为
E(r, t ) E(r )e it Ae jkr jt A cos(t k r )
（2）、球面光波 一个各向同性的点光源,它向外发射的光波是球面光波，等相位面是以点
光源为中心、随着距离的增大而逐渐扩展的同心球面。所以球面光波的振幅
第二章 一、光波的特性
光学基础知识与光场传播规律
（一）、光波与电磁波、麦克斯韦电磁方程 1、电磁波谱
光是一种电磁波，X 射线、 射线也都是电磁波。它们的电磁特性相同，只是频率 或波长不同而已。将电磁波按其频率或波长的次序排列成谱，则称为电磁波谱。通常所 说的光学区域或光学频谱包括：红外线、可见光和紫外线。由于光的频率极高1012～1016 Hz（1014～1015Hz），一般采用波长表征，光谱区域的波长范围约从1 mm到10 nm。
4、波动方程
在各向均匀的介质中，在远离辐射源，不存在自由电荷和传导电流的区域， 此时麦克斯韦方程组简化为： •D＝0 •B＝0 x E ＝ － ( B/ t) x H ＝ ( D/ t) 由此可推导出交变电磁场所满足的典型的波动方程： 2 E － (1/2)(2 E/ t2) = 0 2 H － (1/2)(2 H/ t2) = 0 该式说明了交变电场和磁场是以速度 传播的电磁波动。式中： ＝()-1/2 电磁波在真空中的传播速度: ＝(00)-1/2 为表征光在介质中传播的快慢，引入光折射率：n = c/ = (rr)1/2 除铁磁性介质外，大多数介质的磁性都很弱，可以认为 r 1。因此，折射率 可以表示为：n = (r)1/2 此式称为麦克斯韦关系。对于一般介质， r 或 n 都是频率的函数，具体的函 数关系取决于介质的结构。
光学与光子学概述-讲义
❖ 频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
❖ ③干涉的分类
❖ 分波面干涉、分振幅干涉和分振动面干涉。
四、光的衍射
❖ 1. 基本概念 ❖ ① 衍射定义 ❖ 光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，
并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。 ❖ ② 衍射条件
障碍物的线度和光的波长可以比拟 l
3.光的色散： 正常色散折 ：射 波率 长 n 越 a 越 b 大
反常色散折 ：射 波率 长 角越 越 色小
七 光波在大气中的传播
大气激光通信、探测等技术应用通常以大 气为信道。
由于大气构成成分的复杂性以及收受天气等 因素影响的不稳定性，光波在大气中传播时 ， 大气气体分子及气溶胶的吸收和散散射会引起 的光束能量衰减，空气折射率不均匀会引起的 光波的振幅和相位起伏；当光波功率足够大、 持续时间极短时，非线性效应也会影响光束的 特性，因此有必要研究激光大气传播特性。
❖ ③ 衍射的分类 a. 菲涅耳衍射：近场、求和、点光源。 b. 夫琅和费衍射：远场、积分、平行光。
五、光的偏振
▪ ⒈ 五种偏振态
▪ ①自然光：
I
I
I 0
x
y2
▪
透过理想偏振片后，光强变为原来的一半。
▪ ② 线偏振光：
E ExEy （ AxAy） c（ ot sk） z
x
y
0x
0y
▪
Байду номын сангаас
③
部分偏振光：
此处加标题
光学与光子学概述
眼镜小生制作
主要内容
❖ 一、关于光的认识 ❖ 二、光辐射的电磁理论 ❖ 三、光的干涉 ❖ 四、光的衍射 ❖ 五、光的偏振 ❖ 六、光的吸收、散射和色散 ❖ 七、光在大气中的传播 ❖ 八、现代光学基础
光学和光子学的原理和应用
光学和光子学的原理和应用光学与光子学是一门涉及光的物理学科，它们主要研究光的产生、传输、变换和利用。
光的特性不仅在生活中常常出现，还在科学研究、医学、通信等领域有广泛的应用。
下面将从光学和光子学的原理和应用两个方面来讨论它们的基本知识。
一、光学的原理和应用光学主要研究光的传播、衍射、干涉、色散等现象。
其中，光的传播是光学研究的基础。
从物理学角度看，光是一种电磁波，其传播速度是固定的，即3*10^8 m/s。
当光通过介质时，由于介质的折射率不同，导致光传播速度改变，从而产生折射。
折射是指光经过介质界面时，由于折射率变化而改变传播方向的现象。
这种现象常见于人眼中，即通过“眼镜”等介质浏览世界。
另外，光学还研究光的衍射、干涉、色散等现象。
光的衍射是指光通过细缝或者孔时，由于光波前的形状受到影响而发生的形变。
光的干涉是指两束或多束光波相遇时，它们的相位差会发生变化，从而发生干涉形成衍射图案。
光的色散是光波经过玻璃棱镜、水晶等材料时，会因为不同的颜色的波长折射角度不同而分散成不同颜色的光。
因此，通过控制光的衍射、干涉、色散等现象的应用，可以制作出各种光学元件，用于生活中的照明或科学设备中。
二、光子学的原理和应用与光学相似，光子学也研究光的特性，但其研究光的性质所使用的基本原理和分析方法与光学有所不同。
光子学基于光的粒子性质，将光视为由离散的光子粒子组成的，从而引入新的概念和思想。
例如，光子学常用于研究激光和光纤通讯等高技术领域，通过激光器将光子能量集中、聚焦，使其具有很强的能量，发挥出光子的高度统一性。
另外，光子学还研究纳秒脉冲激光、储能和激励光讯号等现象，从而实现高效的光学器件制造和控制。
此外，激光器、光通讯器件和光电器件等应用也获得广泛的应用。
例如，激光器被广泛应用于材料切割、焊接、雕刻、排放气体、成像等方面。
而光通讯器件则是高速、高效的通讯方式之一，具有稳定性高、速度快、容量大等优点，并且能够提供更高速率和化学稳定性。
材料科学中的光学和光子学
材料科学中的光学和光子学在材料科学中，光学和光子学是研究物质对光的相互作用的重要领域。
随着科技的不断发展，光学和光子学在许多领域的应用越来越广泛，包括通信、光电器件、生物医学和光电子材料等。
1. 光学在材料科学中的应用在材料科学中，光学是研究光的本质、光的传播、反射、折射、散射、吸收、干涉、衍射等现象的学科。
在光学中，主要关注的是光的物理特性，例如光的波长、频率、偏振等。
材料科学中的光学应用包括了：1.1 光学测量技术光学测量技术是一种实时、非接触、非破坏性检测技术，可以对一些特殊材料进行快速的检测和分析。
例如，光学显微镜可以对材料的结构、形貌和组成等方面进行分析。
1.2 光纤通信技术光纤通信技术是一种高速、稳定、可靠的通信方式，被广泛应用于互联网、电视、电话等领域。
光学是光纤通信的核心技术，通过利用光在光纤中传输信息，使得信息传输速度远高于传统的电信方式。
1.3 激光加工技术激光加工技术可以对各种材料进行高精度、高效率的切割、打孔、焊接、钻孔等操作。
利用激光的高能量、高方向性和高单色性等特点，可以实现对材料的精确控制，从而满足各种工业生产的需求。
2. 光子学在材料科学中的应用光子学是研究光的量子特性和与之相关的现象的学科，通常包括光的能级、能量、频率、相干性、非线性光学等方面。
在材料科学中，光子学的应用包括了：2.1 光电子材料光电子材料指的是将光和电子相互作用的物质，是一种新型的材料研究领域。
通过对光和电子的相互作用进行研究，可以制备出各种新型的光电器件，例如太阳能电池、光电传感器等。
2.2 生物医学光子学生物医学光子学是利用光学原理对生物体进行研究和诊断的学科。
通过对生物体中的组织、细胞等进行分析，可以实现对疾病的早期诊断和治疗。
例如，利用激光干涉显微镜可以对皮肤病、癌症等进行高精度的检测。
2.3 量子计算机技术在计算机科学中，量子计算机技术是一种基于量子物理学的全新的计算方式。
与传统计算机相比，量子计算机具有更高的计算效率和更强的计算能力。
光子学技术的基础知识及原理概述
光子学技术的基础知识及原理概述光子学技术是研究光的产生、传播、操控和应用的学科。
光子学技术的应用领域非常广泛，包括通信、能源、医学、材料科学等多个领域。
了解光子学技术的基础知识和原理，对于理解和应用光子学技术具有重要意义。
一、光子学技术的基础原理1.光的性质光是一种电磁波，具有粒子和波动的性质。
光的电磁波性质决定了它能够在真空中传播，具有波长、频率、振幅等特性。
2.光的产生光的产生主要有自然光和人工光两种形式。
自然光是由太阳或其他天体辐射而来，而人工光则是由光源产生的，如激光、LED等。
3.光的传输光的传输是指光在介质中的传播过程。
常见的光传输介质有空气、水、光纤等。
光在介质中传播的速度与介质的折射率有关，折射率越大，光的传播速度就越慢。
4.光的衍射和干涉光的衍射是指光通过一个孔或绕过边缘时的偏离现象。
光的干涉是指两束或多束光波相互叠加时产生的干涉条纹。
二、光子学技术的应用1.光通信光通信利用光纤传输光信号，具有传输距离远、容量大、抗干扰能力强等优势。
光通信是现代通信网络中广泛采用的传输技术，其高速、稳定的传输速度满足了人们对于大容量、远距离通信的需求。
2.光存储技术光存储技术利用光的特性来存储和读取信息。
光存储技术有着高密度、高速度和长寿命的特点，被广泛应用于光盘、DVD、蓝光光盘等信息存储媒介。
3.激光技术激光技术是光子学技术的重要应用领域。
激光是一种具有高度相干性、单色性和直线传播特性的光源。
激光技术在医学、制造业、科学研究等领域发挥着重要作用，如医疗激光、激光切割、激光制造等。
4.光谱技术光谱技术是一种利用光的特性对物质进行识别和分析的方法。
通过测量光的波长和强度，可以获得物质的成分、浓度和结构等信息。
光谱技术广泛应用于化学、生物、环境等领域，如红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱等。
三、光子学技术的前景及挑战1.前景随着信息时代的到来，对于高速、大容量、安全的通信需求不断增加，光子学技术的发展前景非常广阔。
生物光学与光子学
生物光学与光子学是两个不同的领域，但它们都涉及到光学光子学，即关于光和光子的科学研究。
生物光学研究的是光在生物体内的传播及其与生物体相互作用的过程，而光子学研究的是光子的性质及其在信息传输与处理中的应用。
首先，我们来了解一下生物光学。
生物光学是研究生物体内光学性质，即光在生物组织内的传播，散射，吸收，反射和折射，以专业术语来说，就是光在组织中的传输和相互作用过程。
人眼是生物光学领域中的研究对象之一，而视网膜则是它的研究重点。
关于视网膜中的视杆细胞和视锥细胞如何检测和处理光的信息，引起了科学家们极大的兴趣。
因此，生物光学涉及到不同的学科领域，包括生物学，医学，物理学和工程学等。
生物光学在医学领域的应用非常广泛，如光学成像、光学诊断、激光手术等。
比如，医生可以利用光学显微镜来进行显微手术，因为它可以提供更高的清晰度和更高的精确度。
同时，光学显微镜比传统的显微镜成本更低，便于推广和应用。
其次，我们来了解一下光子学。
光子学是研究光和光子的相互作用的学科，它主要研究光的产生、传输、检测、处理以及应用等方面的问题。
光子学是半导体器件工业、通信技术行业核心的关键技术之一，应用非常广泛，例如，研发光纤通信、半导体激光器、光电子器件、光伏电池等领域。
同时，光子学还可以应用于量子计算、光子晶体、纳米技术、太阳能电池等研究领域。
光子学在通信技术领域中的应用是比较广泛的。
我们都知道，光纤通信是现代通信技术中的重要组成部分之一。
利用光纤传输信号有以下优点：首先，它可以大幅度提高数据传输的速度和带宽。
其次，它的信号干扰较小，抗干扰能力比较强。
因此，光纤通信技术成为现代通信技术中必不可少的一部分。
此外，光子晶体也是光子学研究的重要方向之一。
光子晶体主要是利用材料的结构来控制光的传输和光学性质，可以应用于信号传输、传感和信息存储等技术领域。
目前，光子晶体技术的研究已经取得了很多进展，如应用于分子动力学模拟、集成光纤、可重构光子晶体等。
第二章光学和光子学基本知识
第二章光学和光子学基本知识光学和光子学基本知识王成(博士)医疗器械工程研究所讲述提纲光学概述一、光学的科学体系二、对光学现象的发现与认识三、对光本性的认识，波动光学的发展史四、光子学概述光学基本原理和概念一、光学的科学体系光学：是研究光的本性,光的传播以及它和物质相互作用的学科。
1.几何光学：基于“光线”的概念讨论光的传播规律。
2.波动光学：研究光的波动性(干涉、衍射、偏振)的学科。
3.量子光学：研究光与物质的相互作用的问题。
4.现代光学：20世纪后半期发展起来的很庞大的体系。
1.几何光学:从理论上说，几何光学三个基本定律(直线传播，折射、反射定律),是费马原理的必然结果,也是光波衍射规律的短波近似。
它们在方法上是几何的，在物理上不涉及光的本质。
几何光学主要是从直线传播，折射、反射定律等实验定律出发，讨论成像等特殊类型的传播问题。
2.波动光学：研究光的波动性(干涉、衍射、偏振)以及用波动理论对光与物质相互作用进行描述的学科。
基本问题：在各种条件下的传播问题。
基本原理：惠更斯-菲涅耳原理。
波前：原为等相面，现泛指波场中的任一曲面，更多的是指一个平面。
主线：如何描述、识别、分解、改造、记录和再现波前，构成了波动光学的主线3.量子光学把光视为一个个分立的粒子,它主要用于分析辐射、光发射以及某些在物质的微观结构起重要作用时光与物质的相互作用现象。
在这领域内有时可用经典理论，有时需用量子理论。
对于这类原不属于传统光学的内容，有人冠之以“分子光学”或“量子光学”等名称，也有人把它们仍归于物理光学之内。
4.近代光学：1948年全息术的提出，1955年光学传递函数的建立，1960年激光的诞生为其发展中的三件大事。
薄膜光学的建立，源于光学薄膜的研究和薄膜技术的发展；傅立叶光学的建立源于数学、通讯理论和光的衍射的结合；它利用系统概念和频谱语言来描述光学变换过程，形成了光学信息处理的内容.集成光学源于将集成电路的概念和方法引入光学领域；4.近代光学：非线性光学源于高强度激光的出现、它研究当介质已不满足线性叠加原理时所产生的一些新现象，如倍频,混频,自聚焦等;对光导纤维的研究形成了纤维光学或导波光学;导波光学,电子学和通讯理论的结合使得光通信得到迅速发展和应用,成为人类在20世纪最重要的科技成就;非线性光学,信息光学及集成光学等理论与技术的结合可能会导致新一代计算机—光计算机的诞生.据预测它将部分实现人脑的功能(如学习和联想)二、对光学现象的发现与认识1.对光的早期认识2.几何光学规律的发现3.波动光学现象的发现17世纪中叶以前的认识如前所述：主要有触觉论、发射论两种。
生物光子学2光子学与光谱学基础02
内容回顾
• 光的本质——波粒二象性；
– 光是一种能在真空和介质中以波动形式传播的，由振动的电波 和磁波组成的电磁波，同时也是一种叫做光子的能量包；
– 凡是与光的传播有关的各种现象，如衍射、干涉和偏振，必须 用波动说来解释，凡是与光和物质相互作用有关的各种现象， 如物质的光吸收与发射、光电效应和光散射（康普顿效应）， 都必须用光子说来解释；
– Stokes红移可能由环境效应造成，也可能是由于发射光子的受激 态的结合结构的改变造成的。
19
2.5 分子能级结构与光谱
荧光素的吸收和发射光谱
20
2.5 分子能级结构与光谱
• 荧光成像是生物光子学中主要的光学生物成像技 术。
• 荧光光谱学包括如下特性的研究：
– 荧光光谱技术 – 荧光激发光谱 – 荧光寿命 – 荧光量子产额 – 荧光偏振
线性吸收过程
线性吸收由Beer-Lambert定律定义，即一束初始强度为I0频 率为v的入射光按指数衰减，即初始强度I为：
13
2.5 分子能级结构与光谱
另外一些描述吸收衰减的参量：
吸收率：
透射率： 光学密度：
T和OD考虑了光通过介质时由于吸收和散射而造成的总的强度 损失；如果吸收占主导地位，则OD=A。
30
2.5 分子能级结构与光谱
• 振动能级光谱
– 拉曼光谱的优点（相比于IR光谱）： • 生物样品经常存在于水中；水对IR的吸收率很大，而拉曼散 射很小，因此拉曼光谱对于探测水溶液中的生物样品十分重要 ； • 做拉曼散射前，被测样品无需特殊处理，可直接利用被测样品 的自然形态（液态、固态、胶状）； • 由于可见光波段的激光可以聚焦到微米量级大小，因此可以获 得微米颗粒（比如一个细胞大小）的拉曼光谱； • 利用与待测分子最大吸收峰相近的激光，通过共振增强拉曼散 射，可以选择性地探测特定的化学片段或亚细胞组分。
光学与光子学概述共39页
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
光学与光子学概述
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
光子学基础知识
光子学基础知识光子学是研究光的产生、传播和控制的学科，是光学的一个重要分支。
光子学及其应用在现代科技领域中发挥着重要作用，如通信技术、材料科学、生物医学等。
本文将介绍光子学的基础知识，包括光的性质、光的传播、光的相互作用等内容。
一、光的性质光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。
根据电磁谱，光波长范围从红外线到紫外线。
光的波长决定了光的颜色，短波长的光呈蓝色，长波长的光呈红色。
光的粒子性可通过光子来描述。
光子是光的能量量子，具有能量和动量。
光子的能量与光波长成反比，即能量越大，波长越短。
光子的动量与光的频率成正比，即频率越高，动量越大。
二、光的传播光的传播有两种方式：直线传播和衍射传播。
直线传播发生在光在均匀介质中传播时。
在同一介质中，光的传播是直线传播。
当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
根据斯涅尔定律，入射角、传播介质的折射率和出射角之间存在一定的关系。
衍射传播发生在光通过边缘或孔径时。
当光通过一个小孔或扩展到一个尺寸与其波长相当的孔径时，光波会发生衍射现象。
衍射使得光以扩展的方式传播，形成衍射图样。
三、光的相互作用光与物质之间存在多种相互作用，包括吸收、反射、折射和散射。
吸收是指当光与物质相互作用时，光的能量被物质吸收并转化为其他形式的能量，如热能。
物质的颜色是由其吸收和反射特定波长的光所决定的。
反射是指光在遇到物体表面时，一部分光被物体表面反射回来。
反射现象使我们能够看到周围的物体。
根据光的入射角和物体表面的性质，反射可以分为漫反射和镜面反射两种。
折射是指光从一种介质传播到另一种介质时，发生方向的改变。
折射现象可通过斯涅尔定律来描述，根据入射角和两种介质的折射率之间的关系。
散射是指光在与物质微观结构相互作用时，改变传播方向并散射到不同的方向。
散射现象是太阳光在大气中形成蓝天和彩虹的原因。
四、光子学的应用光子学在众多领域中有着广泛的应用。
在通信技术中，光纤通信是一种高速传输信号的方法。
光子学物理基础 A
0 y( z ) y 0 cos z sin z dy ( z) y0 sin z 0 cos z dz
(2-2-27)
(2-2-28)
其轨迹在这种情况下始终可局限于小区域内,平 板因之形成一个光波导(light waveguide). 对合适的入射光线 ， GRIN slab 可使光线在传 播过程中自聚焦。
r Z
轴向梯度
n(r ) n( z)
径向梯度
n(r ) n( )
X
o
z
Z
Z
a. 球面梯度 ( n(r) ) 由光线方程
d dr (n(r ) ) n(r ) ds ds
d 两边 r r (n(r )t ) r n(r ) 0 ds
t r
光理论的中心议题仍然是三个主要方面， 即：光的本性、光的传播、光和物质的相互 作用 ( 包括光的产生和接收 )。
§2.2 光线光学 (Ray Optics)
光线光学是最早建立起来的光的理论。
1. 光线光学的基本假设 (1) 光以射线的形式传播。这种射线(称光线)由光源 发出，当到达光接收器时就被观察到。 (2) 光介质由被称为折射率(refractive index)的量来 表征，折射率是光在自由空间的传播速度与在 介质中的传播速度之比。
d d (n 2 )0 ds ds
d dz n C dz ds
2
d l0 C dz
2
(2-2-21)
c 0 l0
z
dz
z0
2
(2-2-22)
另由
d 2 2 d 2 ds [d d dz ] [( ) ( ) 1]dz 2 dz dz
光子学知识点
光子学知识点光子学是研究光学和光学器件的科学和技术，它利用光学现象和光子器件来探究光的性质和应用。
光子学的研究领域非常广泛，涉及到光的产生、传播、操控和检测等方面。
在本文中，我们将逐步思考一些光子学的重要知识点。
1.光的特性光是一种电磁波，具有波粒二象性。
它既有波动性，表现为传播速度快、能量传递、干涉和衍射等现象；又有粒子性，表现为光的能量以光子的形式传播，光子具有能量和动量。
2.光的产生和发射光的产生主要有自然光和人工光两种方式。
自然光是由太阳或其他光源产生的，包括可见光、红外线和紫外线等。
人工光是通过特定的光源产生的，如激光器。
3.光的传播光在传播过程中会受到介质的影响，包括折射、反射、散射和吸收等现象。
折射是指光在两个介质之间传播时改变传播方向的现象，其原理是光在介质中的传播速度不同。
反射是指光遇到界面时发生的方向改变现象，根据入射角和反射角之间的关系，可分为法线反射和斜面反射。
散射是指光遇到介质内的微小颗粒或不均匀结构时发生的随机偏折现象。
吸收是指光被介质吸收并转化为其他形式的能量。
4.光的操控光的操控是光子学中的一个重要研究方向，包括光的调制、调频和调幅等技术。
光的调制是指改变光波的振幅、频率或相位，通常用来传输信息。
光的调频是指改变光波的频率，常用于光通信和光谱分析等领域。
光的调幅是指改变光波的振幅，常用于光学成像和光学测量等应用。
5.光的检测光的检测是光子学中的另一个重要研究方向，包括光电探测和光谱分析等技术。
光电探测是指利用光电效应将光能转化为电信号的过程，常用于光通信、光学成像和光学测量等领域。
光谱分析是指利用光的波长和强度信息来研究物质的成分和结构，常用于化学分析和物质表征等应用。
总结：光子学作为研究光学和光学器件的科学和技术，涵盖了光的特性、产生、传播、操控和检测等方面的知识。
通过逐步思考这些知识点，我们可以更好地理解光的本质和应用，为光子学领域的研究和应用提供基础和指导。
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1948年全息术的提出，1955年光学传递函数的建 立，1960年激光的诞生为其发展中的三件大事。 薄膜光学的建立，源于光学薄膜的研究和薄膜技 术的发展； 傅立叶光学的建立源于数学、通讯理论和光的衍 射的结合；它利用系统概念和频谱语言来描述光 学变换过程，形成了光学信息处理的内容． 集成光学源于将集成电路的概念和方法引入光学 领域；
微粒说认为光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒流; 直接说明了光的直线传播定律,并能对光的反射,折射作一 定的解释; 用微粒说研究光的折射定律时,得出了光在水中的速度比 空气中大的结论.
17世纪中叶至19世纪的认识
波动说的内容、贡献、存在的主要问题。
胡克明确主张光由振动组成,每一振动产生一个球面并以高速 向外传播,此为波动说的发端; 1690年惠更斯在其著作<<论光>>中提出光是在一种特殊弹性 媒质中传播的机械纵波. 19世纪初,托马斯.扬和菲涅耳等人的工作将波动说大大推向前 进,解释了光的干涉和衍射现象,根据光的偏振现象确认光为横 波; 用波动说研究光的折射定律时,得出了光在水中的速度比空气 中小的结论,并于1862年被傅科的实验所证实. 特殊弹性媒质始终未能找到.
2.几何光学规律的发现
公元前4世纪：“墨经”记述了光的直线传播、 阴影形成、光的反射和凹凸面镜反射成像等规 律。 公元前3世纪：古希腊欧几里德Euclid也发现了 光的直线传播和镜面反射定律 公元17世纪前期：荷兰的斯涅耳（W.Snell）从 实验上发现了折射定理,而法国的笛卡儿 （R.Descartes）第一个把它表示为现代的正弦 形式;1657年费马(P.deFermat)提出了著名的费 马原理.
二、对光学现象的发现与认识
1.对光的早期认识 2.几何光学规律的发现 3.波动光学现象的发现
17世纪中叶以前的认识
如前所述：主要有触觉论、发射论两种。 公元10世纪：发射论完全取代触觉论。 完成了人类对光本性认识的第一次飞跃。
1.对光的早期认识
公元前5世纪：人们就已经考虑视觉是如何 产生的。提出两种假设：触觉论、发射论。 触觉论：如同手触摸物体，但不能解释黑 暗中看到物体的现象。 发射论：物体发射“光”。 公元10世纪：发射论完全取代触觉论。
3.量子光学
把光视为一个个分立的粒子,它主要用于分 析辐射、光发射以及某些在物质的微观结 构起重要作用时光与物质的相互作用现象。 在这领域内有时可用经典理论，有时需用 量子理论。对于这类原不属于传统光学的 内容，有人冠之以“分子光学”或“量子 光学”等名称，也有人把它们仍归于物理 光学之内。
4.近代光学：
几何光学的三个实验定律
光程
l nl
N i 1
B
——均匀介质
l ni li
l A n d l
——经过N种均匀介质
——介质折射率是逐点连续改变
30
费马原理
1657年费马(Fermat)概括了光线传播的实 验定律，把它们归结为一个统一的原理：光 线在A， B两点间传播的实际路径，与任何其 它可能的邻近的路径相比，其光程为极值。 简言之，光沿光程为极值(极大、极小或常量) 的路径传播，即
单心光束、实象和虚象
一、单心光束、实象和虚象
如果仅考虑光束的传播方向而不讨论其它问题，那么一个光 束可以看成是由许多光线构成的。根据这个概念可以把发光点看 做是一个发散光束的顶点，凡是具有单个顶点的光束叫做单心光 束。如果在反射或折射之后光线的方向虽然改变了，但光束中仍 然能找到一个顶点，也就是说光束的单心性没有遭到破坏，那么 这个顶点便是发光点P的象。在这种情况下，每个发光点都给出一 和它对应的象点。如果光束中各光线实际上确是在该点会聚的， 那么这个聚点叫做实象。如果反射或折射后的光束仍是发散的， 但是把这些光线反向沿长后仍能找到光束的顶点，则光束仍保持 单心性。这个发散光束的会聚点叫做虚象。
1.几何光学
： 从理论上说，几何光学三个基本定律 （直线传播，折射、反射定律）,是费马原 理的必然结果,也是光波衍射规律的短波近 似。 它们在方法上是几何的，在物理上不 涉及光的本质。 几何光学主要是从直线传播，折射、 反射定律等实验定律出发，讨论成像等特 殊类型的 传播问题。
2.波动光学：
光子和光子学
光子与电子的异同：
光子
能量 没有质量 没有电荷 没有大小 具有波长和波动性
电子
物质
9.1×10-31kg 1.6×10-19C
有大小 具有波长和波动性
光子和光子学
•光子学也可称光电子学，它是研究以光子 代替电子作为信息载体和能量载体的科学， 主要研究光子是如何产生及其运动和转化 的规律。 •光子技术，主要是研究光子的产生、传输、 控制和探测的科学技术。现在，光子学和 光子技术在信息、能源、材料、航空航天、 生命科学和环境科学技术中的广泛应用， 必将促进光子产业的迅猛发展。
17世纪中叶至19世纪的认识
光的电磁理论的提出、主要贡献和问题。 19世纪60 年代,麦克斯韦建立电磁理论,预 言了电磁波的存在,并根据电磁波的速度与 光速相等的事实,麦克斯韦确信光是一种电 磁现象, 1888年赫兹实验发现了无线电波,证明了麦 克斯韦电磁理论的正确性. 特殊弹性媒质“以太”始终未能找到
3.波动光学现象的发现
17世纪： 50年代，意大利的格里马第（F.M.Grimaldi）首次 详细地描述了衍射现象； 英国的胡克（R.Hooke）和玻依耳(R.Boyle)各自独 立地发现了现称为“牛顿环”的在白光下薄膜的彩 色干涉图样; 牛顿（I.Newton）进行了棱镜分光实验,并分析了 “牛顿环” 的生成及色序问题。 60年代，丹麦的巴塞林那斯（E.Bartholinus）发现 了双折射现象。 70年代荷兰的惠更斯（C.Huygens）进一步发现了 光的偏振现象。
从380nm到760nm (1nm=10-9m)之间为可见波段， 其颜色为
380nm～430nm紫、430nm～485nm蓝、 485nm～550nm绿、550nm～585nm黄、 585nm～610nm橙、610nm～760nm红，
其他小于380nm的为紫外波段大于760nm为红外波 段，这些波段为不可见光波段
光的波粒二象性
简单地说，大量光子显波动性，少量 光子显粒子性，光在传播过程中主要 表现为波动性，当光与物质相互作用 时，主要表现为粒子性。
光的粒子性
1900年普朗克提出电磁辐射的能量子假设。 1905年爱因斯坦发展了量子假说，提出了 光量子理论，认为光在本质上是由确定能量 的光子（光量子）组成。光子的能量与光的 频率成正比。
20世纪的认识
光的某些方面的行为象经典的“波动”,光的 波动性，也不是惠更斯所说的波，而是几率 波。遵循统计规律。 另一某些方面的行为象经典的 “粒子”. 实际上“波动”和 “粒子”都是经典物理的 概念.近代科学实践证明,光是一个十分复杂的 客体,对于它的本性问题,只能用它所表现的性 质和规律来回答,任何经典的概念都不能完全 概括光的本性. 波粒二象性是一切物质所共有的特性。
光的波粒二象性—波动性
光的波动性----光是横向电磁波。 光波的波长λ、波速度v与振动频率v的关系 v=λv 光在真空中的速度为3×105km/s。在物质中的 传播速度是不相同的。光波真空中的传播速度 与物质中的传播速度比为物质的折射率 n=c/v （c为真空中的光速，v为物质中的光速）
光的颜色是由光的波长决定。
光学基本原理和概念
一、几何光学 二、电磁波理论 三、波动光学 光波的干涉和衍射
几何光学
重点：
1、光线、光束、实像、虚像等概念； 2、Fermat原理 3、 薄透镜的物像公式和任意光线的作图成像法； 4、几何光学的符号法则（新笛卡儿法则）；
光线与波面 “光线”只能表示光的传播方向，决不可认为是 从实际光束中借助于有孔光阑分出一个狭窄部分。 只有在极限情况下，光线表示光的传播方向。 说“光束由无数光线构成”，是说光沿无数不同的 方位传播。在各向同性介质中，光的传播方向总 是和波面的法线方向相重合。 在许多实际情况下，人们经常考虑的只是光的传播 方向问题，可以不去考虑位相。这时波面就只是 垂直于光线的几何平面或曲面。这种极限情况， 实际上是把光线和波面都看作是抽象的数学概念。 对许多实际问题，借助于光线的概念，应用某些 基本的实验定律及几何定律，就可以进行一切必 要的计算而不必涉及光的本性问题。这部分以几 何定律和某些基本实验定律为基础的光学称为几 何光学。
33
3．光程取极大值的例子
右图为一内切于回转 椭球面的曲面镜MN，P为 切点．从F1发出，经曲面 镜 MN 反射后再过 F2 的光 线，只可能是 F1PF2 这条 光线。曲面镜上任意其它 点 P` 均 在 椭 球 内 ， 所 以 光线 F1PF2 的光程较任何 其它光线F1P`F2的光程都 大。
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4.近代光学：
ห้องสมุดไป่ตู้
非线性光学源于高强度激光的出现、它研究当介 质已不满足线性叠加原理时所产生的一些新现象， 如倍频,混频,自聚焦等; 对光导纤维的研究形成了纤维光学或导波光学; 导波光学,电子学和通讯理论的结合使得光通信 得到迅速发展和应用,成为人类在20世纪最重要 的科技成就; 非线性光学,信息光学及集成光学等理论与技术 的结合可能会导致新一代计算机—光计算机的诞 生.据预测它将部分实现人脑的功能(如学习和联 想)
20世纪的认识
经典物理的困难 1887年迈克而逊和莫雷实验,否定了“以太”假说, 以“静止以太”为背景的绝对时空观遇到了根本 困难; 瑞利和金斯根据经典统计力学和电磁理论,导出黑 体辐射公式,它要求辐射能量随频率的增大而趋于 无穷. 上述经典物理的困难预示着近代物理学两个革命 性的重大理论—相对论和量子论的诞生.