讲座-光学工程学科前沿页PPT文档
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最新应用光学第一章PPT课件
※ 虚物，实像对应汇聚的同心光束。
Applied Optics
❖ 按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性， 那么如果只考虑光的粒子性，把光源发出的光 抽象成一条条光线，然后按此来研究光学系统 成像。
问题变得简单 而且实用！
20
Applied Optics
几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在
介质中的传播规律及光学系统的成像特性。
《墨经》 欧几里德《反射光学》 阿勒·哈增《 光学全书》 开普勒、斯涅尔、笛卡儿、费马
折射定律的确立，使几何光学理论得到很快的 发展。
13
Applied Optics
应用光学研究内容
❖研究光传播的基本规律和光通过光学系统成像的 原理和应用。 ❖“应用”包含两层意思：
1、作为粒子看待 2、涉及具体的光学系统
24
Applied Optics
三、光束 一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光向 四周传播，形成以发光点为球心的球面波。
某一时刻相位相 同的点构成的面 称为波面
波面上某一点的法线就是这一点上光的传播方 向，波面上的法线束称为光束
25
Applied Optics
❖ 同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波
54
Applied Optics
物像的虚实
在凸透镜2f 外放一个点燃的蜡烛，后面放一个纸屏， 当纸屏放到某一位置时，会在屏上得到蜡烛清晰的 像。
※ 由实际光线成的像，称为实像。
如电影，幻灯机，照相机成像
55
Applied Optics
有的光学系统成的像，能被眼睛看到，却无法 在屏上得到
F’ F’
40
Applied Optics
n' B
Applied Optics
❖ 按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性， 那么如果只考虑光的粒子性，把光源发出的光 抽象成一条条光线，然后按此来研究光学系统 成像。
问题变得简单 而且实用！
20
Applied Optics
几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在
介质中的传播规律及光学系统的成像特性。
《墨经》 欧几里德《反射光学》 阿勒·哈增《 光学全书》 开普勒、斯涅尔、笛卡儿、费马
折射定律的确立，使几何光学理论得到很快的 发展。
13
Applied Optics
应用光学研究内容
❖研究光传播的基本规律和光通过光学系统成像的 原理和应用。 ❖“应用”包含两层意思：
1、作为粒子看待 2、涉及具体的光学系统
24
Applied Optics
三、光束 一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光向 四周传播，形成以发光点为球心的球面波。
某一时刻相位相 同的点构成的面 称为波面
波面上某一点的法线就是这一点上光的传播方 向，波面上的法线束称为光束
25
Applied Optics
❖ 同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波
54
Applied Optics
物像的虚实
在凸透镜2f 外放一个点燃的蜡烛，后面放一个纸屏， 当纸屏放到某一位置时，会在屏上得到蜡烛清晰的 像。
※ 由实际光线成的像，称为实像。
如电影，幻灯机，照相机成像
55
Applied Optics
有的光学系统成的像，能被眼睛看到，却无法 在屏上得到
F’ F’
40
Applied Optics
n' B
《学科前沿专题》课件
生物技术在农业领域的应用与案例分析
案例分析
CRISPR-Cas9基因编辑技术在作物育种中的 应用，通过精确编辑作物基因，培育出抗病 、抗虫、抗旱等性状优良的新品种。
总结
生物技术的应用将为农业发展带来革命性的 变革，提高粮食产量和质量，满足全球不断 增长的食物需求。
区块链技术在金融领域的应用与案例分析
特点
学科前沿具有创新性、前瞻性和动态 性，是学科发展的重要驱动力，也是 学术研究的重要领域。
学科前沿的重要性
推动学科发展
学科前沿的研究成果和理论动态 能够推动学科的深入发展，促进 学术研究的进步。
培养创新人才
学科前沿的研究需要具备创新思 维和跨学科知识的人才，因此能 够培养出高素质的创新人才。
服务社会需求
虚拟现实与增强现实面临的挑战与未来展望
总结词
虚拟现实与增强现实在交互体验、硬件设备和内容创 新方面面临挑战，未来发展需关注人机交互、感知反 馈和新型显示技术等方向。
详细描述
虚拟现实与增强现实技术为人们提供了沉浸式的体验环 境，但在交互体验、硬件设备和内容创新方面仍面临挑 战。例如，人机交互技术的限制影响了用户的沉浸感和 交互体验；硬件设备的技术瓶颈限制了虚拟现实与增强 现实的性能和便携性；内容创新的不足则影响了用户体 验的丰富度和吸引力。为了克服这些挑战，未来的研究 将需要关注人机交互、感知反馈和新型显示技术等方向 的发展，以推动虚拟现实与增强现实技术的进步和创新 。
自然语言处理
使计算机理解和生成人类语言的能 力，实现人机交互的智能化。
量子计算
01
量子比特
利用量子力学原理实现信息存储 和运算的基本单位，具有叠加和 纠缠等特性。
量子算法
02
《光学基本知识讲座》课件
光学在军事中的应用
总结词
光学技术在军事侦察和武器系统中的应用
详细描述
光学技术在军事领域的应用包括红外侦察、 激光雷达、瞄准和测距等。这些技术提高了 军事侦察和武器系统的精度和效率，对现代
战争的胜负具有关键作用。
04
光学发展历程
光学发展史简介
古代光学
古代文明对光的研究和利用，如反射、折射等简单光 学现象的发现和应用。
全息摄影技术
总结词
全息摄影原理及应用
详细描述
全息摄影技术利用光的干涉和衍射原理，记 录并重现三维物体的光波信息。全息照片具 有立体感和视角任选的特性，广泛应用于产 品展示、艺术创作和安全识别等领域。
光学在医学中的应用
总结词
光学在医学诊断和治疗中的应用
详细描述
光学技术在医学领域具有广泛的应用 ，如光学显微镜用于细胞观察，激光 用于手术切割和眼科治疗，以及光学 成像技术用于无创检测和诊断。
文艺复兴时期
科学方法的兴起，对光的本质和传播方式的研究逐渐 深入。
19世纪
光学理论体系逐渐完善，如波动光学和几何光学的发 展。
光学重大发明和发现
01
02
03
牛顿的棱镜实验
揭示了白光是由不同颜色 的光组成，奠定了光谱学 的基础。
干涉现象的发现
为波动光学的建立提供了 重要依据。
激光的发明
开创了光学的新领域，对 科技、工业、医疗等领域 产生了深远影响。
实验材料
光源、衍射板、屏幕等 。
Hale Waihona Puke 实验步骤将光源对准衍射板中心 ，调整光源与衍射板距 离；观察衍射现象并记
录。
注意事项
注意保护眼睛，避免直 接照射光源；调整仪器
光学基础知识PPT课件
43
球面像差在镜头光圈全开或者接近全开的时候 表现最为明显，口径愈大的镜头，这种倾向愈明显。
在镜头使用上，通过缩小光圈可适当消除球面像 差。
44
球差的产生是因为理想的折射镜面不是球面，但 是为了加工方便一般都是用球面来近似，所以引起 球差。解决的方法是采用非球面技术。
45
目前主要有三种制造非球面镜片的方法： 1、研磨非球面镜片：在整块玻璃上直接研磨，这 种制造工艺成本相对较高； 2、模压非球面镜片：采用金属铸模技术将融化的 光学玻璃/光学树脂直接压制而成，这种制造工艺 成本相对较低；
41
当平行的光线由镜面的边缘(远轴光线)通过时， 它的焦点位置比较靠近镜片；而由镜片的中央通过 的光线(近轴光线)，它的焦点位置则比较远离镜片 (这种沿着光轴的焦点错间开的量，称为纵向球面像 差)。
42
由于球面像差的缘故，就会在通过镜头中心部分 的近轴光线所结成的影像周围，形成由通过镜头边 缘部分的光线所产生的光斑(光晕)，使人感到所形 成的影象变成模糊不清，画面整体好象蒙上一层纱 似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙的影像。这个光斑 的半径称为横向球面像差。
46
3、复合非球面镜片：在研磨成球面的玻璃镜片表 面上覆盖一层特殊的光学树脂，然后将光学树脂部 分研磨成非球面。这种制造工艺的成本界于上述两 种工艺之间。
47
像散
48
由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出 的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不 能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则 此光学系统的成像误差称为像散。
4
对于理想的反射面而言，镜面表面亮度取决 于视点，观察角度不同，表面亮度也不同；
一个理想的漫射面将入射光线在各个方向做 均匀反射，其亮度与视点无关，是个常量。
球面像差在镜头光圈全开或者接近全开的时候 表现最为明显，口径愈大的镜头，这种倾向愈明显。
在镜头使用上，通过缩小光圈可适当消除球面像 差。
44
球差的产生是因为理想的折射镜面不是球面，但 是为了加工方便一般都是用球面来近似，所以引起 球差。解决的方法是采用非球面技术。
45
目前主要有三种制造非球面镜片的方法： 1、研磨非球面镜片：在整块玻璃上直接研磨，这 种制造工艺成本相对较高； 2、模压非球面镜片：采用金属铸模技术将融化的 光学玻璃/光学树脂直接压制而成，这种制造工艺 成本相对较低；
41
当平行的光线由镜面的边缘(远轴光线)通过时， 它的焦点位置比较靠近镜片；而由镜片的中央通过 的光线(近轴光线)，它的焦点位置则比较远离镜片 (这种沿着光轴的焦点错间开的量，称为纵向球面像 差)。
42
由于球面像差的缘故，就会在通过镜头中心部分 的近轴光线所结成的影像周围，形成由通过镜头边 缘部分的光线所产生的光斑(光晕)，使人感到所形 成的影象变成模糊不清，画面整体好象蒙上一层纱 似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙的影像。这个光斑 的半径称为横向球面像差。
46
3、复合非球面镜片：在研磨成球面的玻璃镜片表 面上覆盖一层特殊的光学树脂，然后将光学树脂部 分研磨成非球面。这种制造工艺的成本界于上述两 种工艺之间。
47
像散
48
由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出 的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不 能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则 此光学系统的成像误差称为像散。
4
对于理想的反射面而言，镜面表面亮度取决 于视点，观察角度不同，表面亮度也不同；
一个理想的漫射面将入射光线在各个方向做 均匀反射，其亮度与视点无关，是个常量。
光学基础-0330PPT课件
2、在光的折射中，光路是可逆的。
光的折射-图示
光的折射-例题
例题就是没有例题 记住口诀就够了 光从一物进另物，同时发生反、折射。 斜线入水要折射，折线靠近于法线。 法线垂直于界面，折线入线分两边。 水中光斜入空气，折线远离于法线。 水下看树树变高，岸上看鱼鱼变浅。
平面镜成像-理论点
例题剖析
例1. 有一光电控制液面的仪器，是通过光 束在液面上的反射光线打到光电屏（能将光信 号转化为电信号进行处理）上来显示液面高度。 如图1所示的光电路中，当光电屏上的光点由 S1移到S2时，表示液面高度（ ）
A. 上升 B. 下降
解析
[解析]本题主要考查光的反射现象和光的反射 定律。先假设液面上升了，因入射光线方向未 变，则反射光线方向也不应该变化，上升后的 反射光线应该与原来的反射光线平行，但由于 液面上升会导致入射点向左偏移，则反射光线 在光电屏上的光点也会向左偏移，这显然符合 题目要求，说明开始的假设是正确的。即液面 应是上升的。
光的反射-理论点
反射定律
1.反射角等于入射角，且入射光线与平面的夹 角等于反射光线与平面的夹角。
光的反射 光的反射
光的反射-图示 入射点：入射光线与镜面的交点；
（o）
法线：过入射点且垂直于镜面的直线 叫做法线；（oN）
入射角：入射光线与法线的夹角叫做 入射角；（i）
反射角：反射光线与法线的夹角叫做 反射角。（r）
光的折射-理论点
1、折射光线和入射光线分居法线两侧（法线 居中，与界面垂直）
2、折射光线、入射光线、法线在同一平面内。 （三线两点一面）
3、当光线从空气斜射入其它介质时，角的性 质：折射角(密度大的一方)小于入射角（密度
光的折射-理论点
光的折射-图示
光的折射-例题
例题就是没有例题 记住口诀就够了 光从一物进另物，同时发生反、折射。 斜线入水要折射，折线靠近于法线。 法线垂直于界面，折线入线分两边。 水中光斜入空气，折线远离于法线。 水下看树树变高，岸上看鱼鱼变浅。
平面镜成像-理论点
例题剖析
例1. 有一光电控制液面的仪器，是通过光 束在液面上的反射光线打到光电屏（能将光信 号转化为电信号进行处理）上来显示液面高度。 如图1所示的光电路中，当光电屏上的光点由 S1移到S2时，表示液面高度（ ）
A. 上升 B. 下降
解析
[解析]本题主要考查光的反射现象和光的反射 定律。先假设液面上升了，因入射光线方向未 变，则反射光线方向也不应该变化，上升后的 反射光线应该与原来的反射光线平行，但由于 液面上升会导致入射点向左偏移，则反射光线 在光电屏上的光点也会向左偏移，这显然符合 题目要求，说明开始的假设是正确的。即液面 应是上升的。
光的反射-理论点
反射定律
1.反射角等于入射角，且入射光线与平面的夹 角等于反射光线与平面的夹角。
光的反射 光的反射
光的反射-图示 入射点：入射光线与镜面的交点；
（o）
法线：过入射点且垂直于镜面的直线 叫做法线；（oN）
入射角：入射光线与法线的夹角叫做 入射角；（i）
反射角：反射光线与法线的夹角叫做 反射角。（r）
光的折射-理论点
1、折射光线和入射光线分居法线两侧（法线 居中，与界面垂直）
2、折射光线、入射光线、法线在同一平面内。 （三线两点一面）
3、当光线从空气斜射入其它介质时，角的性 质：折射角(密度大的一方)小于入射角（密度
光的折射-理论点
讲座基础光学课件
量子光学的发展前景
随着实验技术的不断进步和应用需求的不断增加，量子光学的研究将不断深入，有望在量子信息处理、 量子传感等领域发挥重要作用。同时，量子光学与其它领域的交叉融合也将为科学技术的发展带来新的 机遇和挑战。
感谢您的观看
THANKS
06
未来光学的发展趋势
光子计算机
光子计算机概述
光子计算机是一种利用光子进行信息处理的计算机，具有高速、低能耗等优点。
光子计算机的原理
光子计算机利用光子代替电子进行信息传输和处理，通过光子干涉、衍射等光学现象实现 逻辑运算和信息存储等功能。
光子计算机的挑战与前景
目前光子计算机仍处于研究和发展阶段，面临的技术挑战包括光子产生、控制和检测等。 然而，随着光学技术和微纳加工技术的不断发展，光子计算机有望在未来成为现实，并在 超级计算、云计算等领域发挥重要作用。
光的相干性
相干光是指频率、振动方 向和相位都相同的光，是 产生干涉现象的前提。
光的传播
反射定律
光在平滑界面上按特定角度反射，遵 循反射定律。
光速不变原理
无论在何种介质中，光的速度保持不 变。
折射定律
光从一种介质进入另一种介质时，传 播方向发生改变，遵循折射定律。
光的干涉
干涉现象
两束或多束相干光波在空 间某一点叠加时，产生明 暗相间的干涉条纹。
光的干涉
光的干涉定义
光的干涉是指两束或多束相干光波在空间某些区 域相遇叠加，形成光强分布的现象。
干涉的条件
相干光波、有恒定的相位差、有相同的振动方向 、有相同的频率。
干涉现象
等间距的明暗条纹、干涉相长和干涉相消。
光的衍射
光的衍射定义
光的衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，绕过障碍物的边 缘继续传播的现象。
随着实验技术的不断进步和应用需求的不断增加，量子光学的研究将不断深入，有望在量子信息处理、 量子传感等领域发挥重要作用。同时，量子光学与其它领域的交叉融合也将为科学技术的发展带来新的 机遇和挑战。
感谢您的观看
THANKS
06
未来光学的发展趋势
光子计算机
光子计算机概述
光子计算机是一种利用光子进行信息处理的计算机，具有高速、低能耗等优点。
光子计算机的原理
光子计算机利用光子代替电子进行信息传输和处理，通过光子干涉、衍射等光学现象实现 逻辑运算和信息存储等功能。
光子计算机的挑战与前景
目前光子计算机仍处于研究和发展阶段，面临的技术挑战包括光子产生、控制和检测等。 然而，随着光学技术和微纳加工技术的不断发展，光子计算机有望在未来成为现实，并在 超级计算、云计算等领域发挥重要作用。
光的相干性
相干光是指频率、振动方 向和相位都相同的光，是 产生干涉现象的前提。
光的传播
反射定律
光在平滑界面上按特定角度反射，遵 循反射定律。
光速不变原理
无论在何种介质中，光的速度保持不 变。
折射定律
光从一种介质进入另一种介质时，传 播方向发生改变，遵循折射定律。
光的干涉
干涉现象
两束或多束相干光波在空 间某一点叠加时，产生明 暗相间的干涉条纹。
光的干涉
光的干涉定义
光的干涉是指两束或多束相干光波在空间某些区 域相遇叠加，形成光强分布的现象。
干涉的条件
相干光波、有恒定的相位差、有相同的振动方向 、有相同的频率。
干涉现象
等间距的明暗条纹、干涉相长和干涉相消。
光的衍射
光的衍射定义
光的衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，绕过障碍物的边 缘继续传播的现象。
现代光学基础ppt课件
第八章 现代光学基础
1
主要内容
8. 1 原子发光的机理 8. 2 光与原子相互作用 8. 3 粒子数反转 8. 4 光振荡 8. 5 激光的单色性 8. 6 激光的相干性 8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8.10 光盘存储技术 8.11 傅里叶光学的几个基本概念 8.12 阿贝成象原理 8.13 阿贝－波特实验和空间滤波
原子在光源作用下，正负电中心拉开，被极化成电偶极子 P er
单位体积内的原子的极化偶极距矢量和 P称电极化强度
极化场发射次极电磁波
二、线性光学
当入射光中的电场强度E远小于原子的内场强时，则光在物质中
感生的电极化强度 P 0 E E
次级辐射与入场光相互替力的结果，决定物质对入射光场的反射， 折射，散射等
f (t T ) f (t)
展成付氏级数
f (t) a0 am cos 2mv0t am sin 2mv0t
n1
V0
1 T
基频
32
由
f
(t)
1 T
exp(i2v0t)
m
T
2 T
f
(t) exp(2mv0t)dt
2
令周期
T
V0
k
(
r k0
0
r 为平面波面上任一点P的位置矢量
E
A ei
(t
k r
)
0
~ ik( xcos y cos z cosr ) E A e0
30
一、原理
8.12
阿贝成像原理
31
二、付里叶变换在光学成象中的应用
1
主要内容
8. 1 原子发光的机理 8. 2 光与原子相互作用 8. 3 粒子数反转 8. 4 光振荡 8. 5 激光的单色性 8. 6 激光的相干性 8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8.10 光盘存储技术 8.11 傅里叶光学的几个基本概念 8.12 阿贝成象原理 8.13 阿贝－波特实验和空间滤波
原子在光源作用下，正负电中心拉开，被极化成电偶极子 P er
单位体积内的原子的极化偶极距矢量和 P称电极化强度
极化场发射次极电磁波
二、线性光学
当入射光中的电场强度E远小于原子的内场强时，则光在物质中
感生的电极化强度 P 0 E E
次级辐射与入场光相互替力的结果，决定物质对入射光场的反射， 折射，散射等
f (t T ) f (t)
展成付氏级数
f (t) a0 am cos 2mv0t am sin 2mv0t
n1
V0
1 T
基频
32
由
f
(t)
1 T
exp(i2v0t)
m
T
2 T
f
(t) exp(2mv0t)dt
2
令周期
T
V0
k
(
r k0
0
r 为平面波面上任一点P的位置矢量
E
A ei
(t
k r
)
0
~ ik( xcos y cos z cosr ) E A e0
30
一、原理
8.12
阿贝成像原理
31
二、付里叶变换在光学成象中的应用
光学学科前沿报告
八位他带到美国西海岸的工程师离开他并建立了Fairchild 半导体公司。后来八人中的Robert Noyce发明了集成电路 Gordon Moore总结预测了晶体管数每18月翻一翻的“摩 尔定律” 1967年，Charhe Spork，Pierre Lamond离开Fairchild，另 创National Semiconductor 1968年，Noyce、Moore离开Fairchild，创建了Intel公司； 同年Jerry Sanders开创了Advanced Micro Device(AMD公司
Stanford大学: 始建于1885年, 当时的加州铁路大王
Leland Stanford为纪念他意外去世的儿子而建，称为 Leland Stanford Junior University，位于加州旧金山以南 50多公里，San Jose西北30多公里，紧邻Palo Alto； 占地8180英亩（1英亩=6.07亩）> 5万亩。 1891年正式开学，男女合校；倡导实践，培养有文化的、 对社会有用的公民。David S. Jordan 从1891年到1913年担 任了23年的校长。
风险投资公司(VC)：伴随着这些公司发展的也不断
地发展，同时也推动了创新型企业的不断发展，此后多 数著名公司都有风险投资公司参与。 1967年Applied Materials公司此年成立； 1971年 Intel发布了第一台“单芯片电脑”，后来被命名 为4004微处理器。使计算机技术开始得到重大发展。 Sun公司（Stanford University Network）也是Stanford大 学的技术与VC结合的产物。 1981年 IBM发布了第一台IBM PC----PC时代
2. 光交换（OPS）交叉连接(OXC)光突发交换(OBS)
Stanford大学: 始建于1885年, 当时的加州铁路大王
Leland Stanford为纪念他意外去世的儿子而建，称为 Leland Stanford Junior University，位于加州旧金山以南 50多公里，San Jose西北30多公里，紧邻Palo Alto； 占地8180英亩（1英亩=6.07亩）> 5万亩。 1891年正式开学，男女合校；倡导实践，培养有文化的、 对社会有用的公民。David S. Jordan 从1891年到1913年担 任了23年的校长。
风险投资公司(VC)：伴随着这些公司发展的也不断
地发展，同时也推动了创新型企业的不断发展，此后多 数著名公司都有风险投资公司参与。 1967年Applied Materials公司此年成立； 1971年 Intel发布了第一台“单芯片电脑”，后来被命名 为4004微处理器。使计算机技术开始得到重大发展。 Sun公司（Stanford University Network）也是Stanford大 学的技术与VC结合的产物。 1981年 IBM发布了第一台IBM PC----PC时代
2. 光交换（OPS）交叉连接(OXC)光突发交换(OBS)
前沿光学综合(前言)ppt课件
激光能量技术把光子作为能量载体具有极为广泛的应用。
•工业制造
•国防军事
•生物技术
激
•激光医疗
光 手
术
•科学研究
刀
光子器件与电子器件性能比较
性能
光子器件
电子器件
信息载体特性 和传输方式
玻色子,中性,具有 时间可逆性，无空 间局域性，在自由 空间或光纤中传输
费米子，带基本电荷 ，具有时间不可逆性 和空间局域性，无线 电波在自由空间或金 属导体中传输
SPs的四个特征长度参数
• SPs波长λsp，可以由色散
关系得到：
• 电介质中的穿透深度δd，
决定了周围介质折射率对
SPs敏感层的厚度范围
SPk2S' P0ddr r
1/2
• SPs传播距离Lsp，由SPs
波矢的虚部决定
LSP2k1s''p0(2r)i2ddrr3/2
• 金属d 中k1的0 穿d透d2深r 度δm，决
光波段：δd<λ0，红外波段：δd>λ0 。
• SPP 是SPPs的传播长度，要使其增长，则要求金属的介电常数具 有一个大的负实部 和小的虚部， 即低损耗的金属材料。
• SPP 是SPPs波长，小于激发光波长λ
SPs光子学器件
• 基于SPs的纳米光子学器件，在近场能量传输与控制、
光通讯与光计算、生物分子探测、纳米光刻、微孔激 光器、LED发光增强等许多方面都有重要的应用前景。
定了SPs隧传金属膜的厚
度
m
1
k0
d r
2 r
SPs在纳米尺度光传输的优势：
突破衍射极限 空间维度3维 2维 近场能量增强特性可有效补偿结构中的光 场能量
•工业制造
•国防军事
•生物技术
激
•激光医疗
光 手
术
•科学研究
刀
光子器件与电子器件性能比较
性能
光子器件
电子器件
信息载体特性 和传输方式
玻色子,中性,具有 时间可逆性，无空 间局域性，在自由 空间或光纤中传输
费米子，带基本电荷 ，具有时间不可逆性 和空间局域性，无线 电波在自由空间或金 属导体中传输
SPs的四个特征长度参数
• SPs波长λsp，可以由色散
关系得到：
• 电介质中的穿透深度δd，
决定了周围介质折射率对
SPs敏感层的厚度范围
SPk2S' P0ddr r
1/2
• SPs传播距离Lsp，由SPs
波矢的虚部决定
LSP2k1s''p0(2r)i2ddrr3/2
• 金属d 中k1的0 穿d透d2深r 度δm，决
光波段：δd<λ0，红外波段：δd>λ0 。
• SPP 是SPPs的传播长度，要使其增长，则要求金属的介电常数具 有一个大的负实部 和小的虚部， 即低损耗的金属材料。
• SPP 是SPPs波长，小于激发光波长λ
SPs光子学器件
• 基于SPs的纳米光子学器件，在近场能量传输与控制、
光通讯与光计算、生物分子探测、纳米光刻、微孔激 光器、LED发光增强等许多方面都有重要的应用前景。
定了SPs隧传金属膜的厚
度
m
1
k0
d r
2 r
SPs在纳米尺度光传输的优势：
突破衍射极限 空间维度3维 2维 近场能量增强特性可有效补偿结构中的光 场能量
光学和光子学概述PPT讲稿
• 分波面干涉、分振幅干涉和分振动面干涉。
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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
• 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。
表2 霾、云和降水天气的物理参数
天气类型
霾M 霾L 霾H 雨M 雨L 冰雹H 积云C.1 云C.2 云C.3 云C.4
N (cm-3) 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 1000 m-3 10 m-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3
m 0.827 N A3 / 4
(9)
式中，m为瑞利散射系数（cm-l）；N为单位体积中的分 子数（cm-1）；A为分子的散射截面（cm2）；为光波长 （cm）。
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由于分子散射波长的四次方成反比。波
长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
故可见光比红外光散射强烈，蓝光又比红光
现在您浏览的位置是第八页，共三十八页。
三、光的干涉
• 1. 基本概念 • ①光的电磁理论 • 光是某一波段的电磁波， 其速度就是电磁
波的传播速度；可见光在电磁波谱中只占很小 的一部分，波长在 390 ~ 760 nm 的狭窄范围 以内。
• ②相干条件
• 频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
• ③干涉的分类
O2
4.7
9.6
从表1不难看出，对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸
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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
• 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。
表2 霾、云和降水天气的物理参数
天气类型
霾M 霾L 霾H 雨M 雨L 冰雹H 积云C.1 云C.2 云C.3 云C.4
N (cm-3) 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 1000 m-3 10 m-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3
m 0.827 N A3 / 4
(9)
式中，m为瑞利散射系数（cm-l）；N为单位体积中的分 子数（cm-1）；A为分子的散射截面（cm2）；为光波长 （cm）。
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由于分子散射波长的四次方成反比。波
长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
故可见光比红外光散射强烈，蓝光又比红光
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三、光的干涉
• 1. 基本概念 • ①光的电磁理论 • 光是某一波段的电磁波， 其速度就是电磁
波的传播速度；可见光在电磁波谱中只占很小 的一部分，波长在 390 ~ 760 nm 的狭窄范围 以内。
• ②相干条件
• 频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
• ③干涉的分类
O2
4.7
9.6
从表1不难看出，对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸
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西安工业大学
学位授予
博士： 2019：85 2009：200 2019：235
硕士： 2019：280 2009：530 2019：1161
2、光学工程学科内涵
二级学科设置 光信息技术 光电信息工程 光电子技术 光电材料 光电成像信息工程 光电工程 光电技术 光机电一体化 光纤光学 光信息科学与技术 光学技术与工程 光学仪器
光学工程学科内涵
光学制造、光电材料、光电探测、信息处理 激光与红外、夜视技术、短波、太赫兹 微纳米光学、光子学 光纤技术、光通信技术 海洋与空间、环境与能源、生物光学技术 瞬态光学 光度与色度
光学工程学科内涵
二级学科的整合：
光电信息技术与工程 光电子与光子学技术
光学的近代发展与诺贝尔物理奖 诺贝尔物理奖
们发明的快速晶体管、激光二极管和集成电路(芯片)。
若尔斯阿尔费罗夫
基尔比
赫伯特克勒默
2019诺贝尔物理学奖获得者
2019年：美国的朱棣文、威廉·菲利普斯和法国的科 恩·塔诺季，表彰他们在发展用激光冷却和陷俘原子的方
法方面所做的贡献。
朱棣文
威廉·菲利普斯
科恩·塔诺季
物理之光（诺贝尔物理奖之光学）
2009 - Charles K. Kao, Willard S. Boyle, George E. Smith 1937 - Clinton Davisson, George Paget Thomson
光电检测技术 光电器件与探测技术 光电信息系统工程 光电信息处理与通信网络技术 光电仪器及技术 光电科学与工程 光伏技术与应用 光通信 光纤通讯技术 光学计量与测试 光学技术与光电仪器 技术光学与系统
气动光学 生物光学检测与成像 生物医学光学与视觉光学 微光机电系统 物理光电子学 信息光学技术 信息光学与工程光学技术 颜色科学与图像技术 医学光子技术与仪器 印刷光学工程
光学工程学科动态
刘卫国 2019年9月28日
内容
1. 国内光学工程学科现状 2. 光学工程学科的内涵 3. 光学工程学科发展的新机遇 4. 西安工业大学的光学工程学科
1、国内光学工程学科现状
光学工程学科分布
浙江大学、北京理工大学、西安电子科技大学、 南京理工大学、同济大学、复旦大学、西北工业 大学、长春理工大学、华中科技大学、国防科技 大学、重庆大学、上海理工大学、中国兵器科学 研究院、中山大学、燕山大学、山东大学、福建 师范大学、西安交通大学…体 激光器
2000年
量子光学 精密测量
技术
2019年
光纤通信 CCD
2009年
2009年诺贝尔物理奖获得者
高锟1933年生于中国上海，人称“光纤之父”，曾任香港中文大学校 长。博伊尔1924年出生于加拿大阿默斯特，史密斯1930年出生于美国纽 约，两人发明CCD图像传感器时均供职于美国贝尔实验室。诺贝尔科学 奖通常颁发给年龄较大的科学家，因为获奖成果都经过了几十年的检验。
2019年诺贝尔物理学奖由3位物理学家共享。获得者为美国科罗 拉多大学的埃里克·康奈尔（Eric A.Cornell）教授、美国麻省理工学院 的沃尔夫冈·克特勒（Wolfgang Ketterle ）教授和美国科罗拉多大学 的卡尔·维曼（Carl E. Wieman）教授，他们的主要研究工作为原子物 理领域中的"稀薄碱性原子气体的玻色爱因斯坦冷凝态的研究"和"对冷
2019 - Roy J. Glauber, John L. Hall, Theodor W. Hänsch
1936 - Victor F. Hess, Carl D. Anderson
2019 - Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle, Carl E. Wieman
高锟
乔治·史密斯 George E. Smith
威拉德·博伊尔 （Willard Boyle）
2019年诺贝尔物理奖获得者
Roy J. Glauber (1925-)格劳伯 Harvard University Cambridge, MA, USA
“for his contribution to the quantum theory of optical coherence
凝物的早期基础研究工作"。
Eric A.Cornell
Wolfgang Ketterle
Carl E. Wieman
一种新的物质状态: “碱金属原子稀薄气体的玻色－爱因斯坦凝聚”。
2000诺贝尔物理学奖获得者
2000年诺贝尔物理学奖授予三位科学家，表彰他们在移动电话及半导体 研究中获得突破性进展。他们分别是俄罗斯圣彼得堡约飞物理技术学院 的若尔斯阿尔费罗夫、美国加利福尼亚大学的赫伯特克勒默和德州仪器 公司的杰克S基尔比。 他们的工作奠定了现代信息技术的基础，特别是他
1930 - Sir Venkata Raman
2000 - Zhores I. Alferov, Herbert Kroemer, Jack S. Kilby
1929 - Louis de Broglie
2019 - Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji, William D. Phillips 1927 - Arthur H. Compton, C.T.R. Wilson
Munich, Germany "for their contributions to the development of laser-based precision spectroscopy, including the optical frequency
comb technique
2019年诺贝尔物理学奖获得者
John L. Hall (1934-)霍尔 University of Colorado, JILA; National Institute of Standards and Technology Boulder, CO, USA
Theodor W. Hansch (1941-) 亨施 Max-Planck-Institut für Quantenoptik Garching, Germany; Ludwig-Maximilians-Universit?t
学位授予
博士： 2019：85 2009：200 2019：235
硕士： 2019：280 2009：530 2019：1161
2、光学工程学科内涵
二级学科设置 光信息技术 光电信息工程 光电子技术 光电材料 光电成像信息工程 光电工程 光电技术 光机电一体化 光纤光学 光信息科学与技术 光学技术与工程 光学仪器
光学工程学科内涵
光学制造、光电材料、光电探测、信息处理 激光与红外、夜视技术、短波、太赫兹 微纳米光学、光子学 光纤技术、光通信技术 海洋与空间、环境与能源、生物光学技术 瞬态光学 光度与色度
光学工程学科内涵
二级学科的整合：
光电信息技术与工程 光电子与光子学技术
光学的近代发展与诺贝尔物理奖 诺贝尔物理奖
们发明的快速晶体管、激光二极管和集成电路(芯片)。
若尔斯阿尔费罗夫
基尔比
赫伯特克勒默
2019诺贝尔物理学奖获得者
2019年：美国的朱棣文、威廉·菲利普斯和法国的科 恩·塔诺季，表彰他们在发展用激光冷却和陷俘原子的方
法方面所做的贡献。
朱棣文
威廉·菲利普斯
科恩·塔诺季
物理之光（诺贝尔物理奖之光学）
2009 - Charles K. Kao, Willard S. Boyle, George E. Smith 1937 - Clinton Davisson, George Paget Thomson
光电检测技术 光电器件与探测技术 光电信息系统工程 光电信息处理与通信网络技术 光电仪器及技术 光电科学与工程 光伏技术与应用 光通信 光纤通讯技术 光学计量与测试 光学技术与光电仪器 技术光学与系统
气动光学 生物光学检测与成像 生物医学光学与视觉光学 微光机电系统 物理光电子学 信息光学技术 信息光学与工程光学技术 颜色科学与图像技术 医学光子技术与仪器 印刷光学工程
光学工程学科动态
刘卫国 2019年9月28日
内容
1. 国内光学工程学科现状 2. 光学工程学科的内涵 3. 光学工程学科发展的新机遇 4. 西安工业大学的光学工程学科
1、国内光学工程学科现状
光学工程学科分布
浙江大学、北京理工大学、西安电子科技大学、 南京理工大学、同济大学、复旦大学、西北工业 大学、长春理工大学、华中科技大学、国防科技 大学、重庆大学、上海理工大学、中国兵器科学 研究院、中山大学、燕山大学、山东大学、福建 师范大学、西安交通大学…体 激光器
2000年
量子光学 精密测量
技术
2019年
光纤通信 CCD
2009年
2009年诺贝尔物理奖获得者
高锟1933年生于中国上海，人称“光纤之父”，曾任香港中文大学校 长。博伊尔1924年出生于加拿大阿默斯特，史密斯1930年出生于美国纽 约，两人发明CCD图像传感器时均供职于美国贝尔实验室。诺贝尔科学 奖通常颁发给年龄较大的科学家，因为获奖成果都经过了几十年的检验。
2019年诺贝尔物理学奖由3位物理学家共享。获得者为美国科罗 拉多大学的埃里克·康奈尔（Eric A.Cornell）教授、美国麻省理工学院 的沃尔夫冈·克特勒（Wolfgang Ketterle ）教授和美国科罗拉多大学 的卡尔·维曼（Carl E. Wieman）教授，他们的主要研究工作为原子物 理领域中的"稀薄碱性原子气体的玻色爱因斯坦冷凝态的研究"和"对冷
2019 - Roy J. Glauber, John L. Hall, Theodor W. Hänsch
1936 - Victor F. Hess, Carl D. Anderson
2019 - Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle, Carl E. Wieman
高锟
乔治·史密斯 George E. Smith
威拉德·博伊尔 （Willard Boyle）
2019年诺贝尔物理奖获得者
Roy J. Glauber (1925-)格劳伯 Harvard University Cambridge, MA, USA
“for his contribution to the quantum theory of optical coherence
凝物的早期基础研究工作"。
Eric A.Cornell
Wolfgang Ketterle
Carl E. Wieman
一种新的物质状态: “碱金属原子稀薄气体的玻色－爱因斯坦凝聚”。
2000诺贝尔物理学奖获得者
2000年诺贝尔物理学奖授予三位科学家，表彰他们在移动电话及半导体 研究中获得突破性进展。他们分别是俄罗斯圣彼得堡约飞物理技术学院 的若尔斯阿尔费罗夫、美国加利福尼亚大学的赫伯特克勒默和德州仪器 公司的杰克S基尔比。 他们的工作奠定了现代信息技术的基础，特别是他
1930 - Sir Venkata Raman
2000 - Zhores I. Alferov, Herbert Kroemer, Jack S. Kilby
1929 - Louis de Broglie
2019 - Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji, William D. Phillips 1927 - Arthur H. Compton, C.T.R. Wilson
Munich, Germany "for their contributions to the development of laser-based precision spectroscopy, including the optical frequency
comb technique
2019年诺贝尔物理学奖获得者
John L. Hall (1934-)霍尔 University of Colorado, JILA; National Institute of Standards and Technology Boulder, CO, USA
Theodor W. Hansch (1941-) 亨施 Max-Planck-Institut für Quantenoptik Garching, Germany; Ludwig-Maximilians-Universit?t