现代光学：第2章 晶体光学
激光晶体光学参数的研究
激光晶体光学参数的研究激光技术是现代科技中最受关注和应用最广泛的一种技术，几乎涉及到了所有领域，如光电子学、生物医学、工业加工等等。
如今的激光技术越来越发达，激光器的性能和效率也在不断提高。
然而，想要让激光技术发展更加迅速和稳定，需要深入研究激光器中的各种参数。
而激光晶体的光学参数则是激光技术中重要的研究领域之一。
激光晶体光学参数是指激光晶体对激光光束的吸收、发射、散射和非线性光学等方面的响应特性。
研究激光晶体的光学参数对于优化激光器的性能、提高激光器的输出功率和效率、提高光学元器件的性能等都有着至关重要的作用。
首先，对于激光器的性能来说，激光晶体的光学参数直接影响着激光器的输出功率和效率。
如何提高激光晶体的光学响应特性，就成为了激光技术研究的重要课题之一。
而这一方面的研究，则需要深入了解激光晶体对不同波长激光的吸收谱和发射谱等参数，以及晶体的激发机制等。
其次，对于光学元器件来说，激光晶体的光学参数也有着至关重要的影响。
例如，对于光学放大器而言，激光晶体的吸收和放大特性是影响其性能的关键因素。
同时，激光晶体的光学非线性参数还会影响到光学调制器、光学键合器、频率转换器等元器件的性能和可靠性。
因此，研究激光晶体的光学参数对于优化这些光学元器件的性能也有着至关重要的意义。
在激光晶体光学参数研究中，最常使用的方法之一是吸收光谱分析。
吸收光谱可以反映出晶体对于不同波长激光的吸收情况，进而分析晶体的峰值吸收波长、吸收带宽和吸收系数等参数。
通过调控激光晶体的吸收谱，可以控制激光的波长和光谱宽度等参数，进而实现对激光器输出功率和效率等参数的控制。
除了吸收光谱分析外，激光晶体的荧光谱、光学非线性谱等参数也是研究的重要内容。
例如，在荧光谱分析中，可以测量晶体对于激光光束的吸收后，再发出的发射光谱。
通过对荧光谱的分析，可以得到晶体的发射波长、发射带宽、发射截面等参数。
在光学非线性谱研究中，则可以得到晶体的非线性系数、二阶非线性系数等参数。
《现代光学的兴起》课件
光计算
非线性光学可以用于实现 光逻辑门和光计算，提高 计算机的运算速度和能效 。
光存储
利用非线性光学效应，可 以实现高密度、高速的光 信息存储。
非线性光学的发展前景
新材料研发
生物医学应用
随着新材料技术的发展，有望发现更 多具有优异非线性光学性能的新型材 料。
非线性光学技术可以用于研究生物分 子的结构和动态，为生物医学领域的 发展提供新的工具。
的打击能力。
CHAPTER 02
激光技术
激光的原理与特性
总结词
激光的原理与特性
详细描述
激光的原理是基于原子或分子的受激发射，通过特定波长的光子产生相干光束 。激光具有高亮度、高单色性、高方向性和高相干性的特性，这些特性使得激 光在许多领域都有广泛的应用。
激光的种类与应用
总结词
激光的种类与应用
详细描述
高速化
随着工业自动化和信息化的快速 发展，对光学传感与成像技术的 速度要求越来越高，需要实现高
速、实时的测量和成像。
高分辨率
随着对测量和成像精度的要求不断 提高，高分辨率的光学传感与成像 技术成为研究热点。
多功能化
将多种光学技术集成在一起，实现 多功能的光学传感与成像，以满足 不同领域的需求。
光学传感与成像技术的挑战与机遇
根据不同的工作物质和激励方式，激光可以分为固体激光器、气体激光器、液体 激光器和半导体激光器等。激光在军事、通信、测量、加工、医疗等领域都有广 泛的应用，如激光雷达、激光切割、激光焊接、激光美容等。
激光技术的发展趋势
总结词
激光技术的发展趋势
详细描述
随着科技的不断发展，激光技术也在不断创新和提高。目前，激光技术的发展趋势包括高功率激光技术、超快激 光技术、光纤激光技术、全息显示技术等。这些技术的发展将进一步拓展激光技术的应用领域，提高应用效果和 降低成本。
1几本国外经典《光学》教材的特色与启示doc
几本国外经典《光学》教材的特色与启示张立彬1，张功2（1.南开大学外国教材中心，天津，300071；2.南开大学泰达应用物理学院，天津，300071）摘要：本文主要评介了几本在国际上较有影响力的经典《光学》教材，着重从内容、风格方面介绍了它们的特色，也分析了它们的共同特点。
通过评介这几本引进经典光学教材，笔者提出了对国内编写光学教材的几点建议.关键词：教材评介；光学教材；引进教材；光学教材编写中图分类号：文献标识码：文章编号：光学是高等院校物理专业必修的一门专业基础课，也是物理学一级学科下属的一个子学科.光学既是一门古老的学科，也是一门在科技飞速发展的今天焕发着生机和活力的一门学科，光学的进步推动着整个科学技术和生产的迅速发展.笔者调研发现，国内的光学课程所采用的教材都是国内大学教授编写的几种经典的教材，如北京大学赵凯华的《光学》、复旦大学章志明的《光学》、中国科大郭光灿的《光学》、华东师大姚启钧的《光学教程》，引进的国外教材只是作为教学参考书供学生参考阅读.实际上，有几种国外光学教材因其编写质量之高而流行于全世界，如Eugene Hecht 编写的“Optics”、 M.H. Freeman 编写的“Optics”、Ajoy Ghatak编写的“Optics”、Max Born编写的“Principles of optics : electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light”，这些教材也都被我国各一流大学所引进.借助于国外优秀教材，教师可以在教学中弥补本土教材的不足之处，可以体会西方学者对问题的阐述思路和方法，也可以借鉴国外教材光学原理的清晰阐述和一些有代表性的例题使学生更好地理解和掌握这门课程.另外，国外经典光学教材也为我国光学教材的编著提供了一个很好的范例，有利于提高我国光学教材的编写质量.对于学生来说，国外优秀教材也许比国内教材更容易理解，概念表述的也更准确，例题也更贴切.它能够帮助学生加深对光学理论的理解，或许还能给学生提供一种全新的思路.再者，阅读英文原版教材有助于提高学生的专业英语水平，可为以后从事科研过程中阅读学术论文和著作打下基础，更有助于学生出国后继续深造.本文着重从教材内容方面介绍，评价并比较几本引进的经典光学教材，以期使读者对这几本教材有所了解.[1]一、简介本文所评介的几本教材分别是Eugene Hecht的《Optics》，2002（4th edition）；Ajoy Ghatak的《Optics》，2005(3rd edition)；Max Born的《Principles of optics：electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light》，1999(7th edition)； M.H. Freeman的《Optics》， 2005（11th edition）.Eugene Hecht所编《Optics》是几十年来美国高校最流行的光学教材之一，至今仍被世界各国广泛使用并广为称道，在1974-2006年间，该书被译成6种语言，被世界各国发行57个版本，和被全世界1497个图书馆收录.该书1974年发行第一版，至今已出至第四版，我国首次中译本出版于1979年，由秦克诚、詹达三、林福成等译.它除了传统内容之外，还反映了现代光学的基本内容，本书基本覆盖了我国光学课程的主要教学内容，课程体系也和国内光学教学相接近.按“光学”课程的教学要求，张存林对其进行了针对性的改编，使本书在保持原书特色的基础上具有很强的教学适用性，张存林改编版发行于2005年.原版第四版由世界著名出版商Addison-Wesley 于2002年出版发行，全书共13章，698页.[2] Ajoy Ghatak 所编《Optics》是西方大学最流行的基础光学教材之一，从写作内容到编排顺序都与国内基础光学教材较接近，比较符合国内基础光学的教学习惯，是一本非常合适的基础光学的双语教材.该教材自1977年发行第一版，最新的为2009年发行的第四版，我国首次中译本出版于1984年，由梁铨廷、胡宏章译.第四版全书29章，共542页，由McGraw-Hill出版公司出版发行.[3]Max Born 和 Emil Wolf所编《Principles of optics：electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light》是一部经典光学世界名著，是光学领域的奠基性教科书，它历经50年而长盛不衰，在国际上吸引着一代又一代的读者，甚收稿日期：；修回日期：基金项目：教育部2009年度研究项目“中美一流大学物理教育比较研究”（2009-220）资助.作者简介：张立彬（1964—），男，河北石家庄人，教育部南开大学外国教材中心副教授，主要从事信息文化、信息技术与物理至有人称它为光学的“圣经”.本书首次出版于1959年，其前身是诺贝尔奖得主马科斯•玻恩（Max Born）的《Optik》一书，目前的最新版本是1999年第七版，全书共15章，952页，由剑桥大学出版社出版发行.[4]M.H. Freeman 编写的《Optics》第11版，前身是W.H.A. Fincham 于1934年编写的《optics》第一版.第一版的内容是基于作者W.H.A. Fincham在伦敦北安普顿理工学院应用光学系的讲稿，该书的主要内容是视光学、光学仪器和棱镜设计.自从第8版开始，M.H. Freeman成为该书的编者，W.H.A. Fincham于1977年去世.在第11版，C.C. Hull 成为该书的第二作者，第15章“作为一种光学仪器的眼睛”由眼科光学领域的顶尖专家W.N. Charman编写.第11版共15章，563页，由Butterworth-Heinemann于2005年出版发行.[5]二、共同特点1.编者都是名家和从事教学一线的学者笔者发现，本文所评介的四本光学经典著作的作者都是教育教学方面的专家，他们长期从事光学方面的研究和教学工作，故而根据自己的教学经验能够编出结构合理，内容易于学生理解，以学生为导向的教材.Eugene Hecht 是位于美国纽约的Adelphi 大学物理系最受欢迎的教授，主要教授大学物理和光学课程.Eugene Hecht对于物理与数学、物理与艺术之间的关系造诣极深，著作颇丰，自1967年以来，他共写了97部作品，这些著作被译成10种语言，全世界7870个图书馆藏有他的著作，其中最经典的便是他编写的这本光学教材.除此之外，他还编著了《Schaum's outline of theory and problems of college physics》、《Schaum's outline of theory and problems of optics》、《Physics : calculus》、《Physics in perspective》、《Physics : algebra，Physics》等经典教材.为此，Eugene Hecht 在1989年度获得了美国艺术图书奖.Max Born 是上个世纪世界著名物理学家，他因在量子力学领域的卓越贡献而获得1954年的诺贝尔物理学奖，他创立了矩阵力学，做出了著名的对量子力学波函数的波恩统计解释，他在物理学的其它分支领域也做出了重要的贡献，如晶体的晶格动力学理论等.在这里我们要说明的是，波恩不仅是一位杰出的物理学家，还是一位优秀的教育家，他在哥廷根大学创立了国际顶尖的理论物理研究中心，当时，只有玻尔建立的哥本哈根理论物理中心可以和它匹敌，这使哥廷根大学对物理学的发展有着重要的影响.玻恩讲课也很生动，浅入深出，教学很有成绩.玻恩先后培养了两位诺贝尔物理学奖获得者：海森堡（1932年获诺贝尔物理学奖）；泡利（因为提出不相容原理获1945年的诺贝尔物理学奖），还有我国著名物理学家、国家最高科学技术奖获得者黄昆.除了本文所述的他所著的《光学原理》成为光的电磁理论方面的一部公认经典著作外，1954年他和我国著名物理学家黄昆合著的《晶格动力学》一书，也被国际学术界誉为有关理论的经典著作.Max Born 1921年成为哥廷根大学物理系主任.1936年直到1953年退休任爱丁堡大学教授，1937年当选为英国伦敦皇家学会会员.Max Born 还是一位多产的作者，他发表了约300篇论文，编写了约30本书.《光学原理》合著者Emil Wolf 是Rochester大学光物理学威尔逊教授，他于1951年与Max Born合作编写Principles of optics 一书，也是波恩最后一位助手，他在光学领域做出过卓越的贡献，他一生也获得许多奖项，包括七个荣誉博士学位，他还是1978年OSA（美国光学学会）主席和美国、澳大利亚和印度光学学会荣誉会员.Ajoy Ghatak,曾获得德里大学硕士和康奈尔大学博士学位，博士毕业后工作于布鲁克文国家实验室，曾任新德里印度理工学院物理系主任和教授，OSA（美国光学学会）会士, 现为印度莱普Disha 教育研究院著名研究员，他因在光学科学和工程教育方面的杰出贡献而获得2003年的Esther Hoffman Beller 奖，该奖由美国光学学会设立.Ajoy Ghatak的研究兴趣在光纤光学和量子力学领域，他编写的《Introduction to Fiber Optics》、《Fiber Optic Essentials》、《Contemporary optics》、《Lasers: Fundamentals and Applications》都是光学领域广受欢迎的经典书籍.M.H. Freeman是曼彻斯特理工大学视光学和神经科学系访问教授，也是视光学领域的专家，C.C. Hull是该大学视光学和视觉科学系的高级讲师，主讲诊断和视觉光学.故他们编写的教材偏重于视光学方面.2. 内容各有侧重，体系科学合理四本书的内容虽然各有侧重，各有特点，这个在后面将会详细讨论，但他们的各自的体系都很科学合理，自成体系.Ajoy Ghatak编写的“Optics”与Eugene Hecht 编写的“Optics”内容与我国本科光学课程的内容接近，它们在第一章都先向读者介绍光学史，这是一个有趣的部分，引导读者轻松地进入光学的世界；接着Ajoy Ghatak 介绍“光是什么？”，直接与读者讨论光的本质属性——波粒二象性，即从量子的观点来看待光是什么，包括：辐射的粒子性、物质的波动性、不确定原理、物质波的几率解释、对干涉现象的理解等；然后是几何光学部分，在几何光学之后，物理光学之前，Ajoy Ghatak安排了振动与波这一部分，笔者觉得这是非常必要的，因为这是后面的物理光学内容的基础，没有这个基础，学生是无法深入地理解物理光学的内容的.Eugene Hecht是在几何光学部分之前介绍波动与电磁理论的.《光学原理》全书都是基于电磁理论的，所以Max Born 在书的一开始前两章就深入讲述电磁理论，以便让读者具有完备的电磁理论基础进入后面的学习.而M.H. Freeman的“Optics”的重点不是物理光学，是在几何光学和视光学上.故其将平面的折射与反射、球面的折射与反射、薄棱镜、厚棱镜与棱镜系统、光学仪器、像差和光纤追踪、非球面与分段光学表面、光源与探测器、辐射度量学与光度学、光学设计、眼睛等内容分章进行详细讨论.3. 及时更新再版光学是一个正在迅速发展的学科，光学与其它学科和技术相结合开拓出了一个又一个新的科研和应用领域, 推动着整个科学技术和生产的迅速发展，这些年来出现一些光学领域的新技术、新理论，如激光、全息等，非常有必要在普通的光学教材里讲述，因此紧跟科技发展的步伐，突出教材的时代性是很重要的, 这也是一项艰巨的工作. 时代性反映了教材的活力,除此之外，教材在初编时往往存在一些内容编排不合理的地方，可能还有一点错误和版误，所以教材的更新再版，与时俱进是非常重要的，这使得教材日臻完善，并能够跟上时代发展的脚步.本文所述教材都经过了数次的再版和更新.[1]见表1.《Optics》自1934年以来，目前已出至第11版.由此可以看出，国外教材的更新的频繁程度.反观我国诸多高校中所采用的经典光学教材——赵凯华《光学》，该书1984年的版本仍然沿用至今，其他的国内光学教材没有发行超过三版的.[7]三、各自特色1. 内容Eugene Hecht 的第四版《Optics》主要内容分为四部分：第一部分1-4章主要介绍光学基础知识，为后面的内容提供预备.在第一部分光学的基础知识中，作者首先在第一章回顾了光学的历史，从公元前1200年古埃及讲起，直到20世纪的光学，其中提到了毕达哥拉斯、德谟克利特、柏拉图、亚里士多德、阿尔哈曾、开普勒、伽利略、笛卡尔、费马、牛顿、惠更斯、菲涅尔、麦克斯韦和爱因斯坦等人对光学的研究和贡献. 第二章介绍波动的知识，包括简谐波、叠加原理、复数表示、平面波、球面波和柱面波，以及三维波动微分方程.第三章主要介绍电磁理论，光子和光的基础知识，包括电磁理论的基本定律（法拉第感应定律、安培环路定理、高斯定理、麦克斯韦方程等）、电磁波、辐射和量子理论基础（其中介绍了经典理论和量子理论对光的描述以及对比，和光的传播等）.第四章介绍了光的传播，包括散射、反射、折射以及对他们的处理方法，还有光与物质相互作用的一些日常现象.第二部分5-6章，第五章介绍了几何光学的内容，包括透镜、棱镜、光阑、光学系统、光纤光学、波前重塑等，最后介绍了引力透镜效应.第六章是几何光学的深入拓展，介绍了厚透镜和透镜组、解析法光线描迹、像差、GRIN（梯度折射率）系统；第三部分7-12章，是物理光学的内容，为了更好地学习干涉、衍射和偏振，作者首先在第七章独立介绍了光的叠加规律，包括同频率和不同频率光波的叠加，非简谐周期波和非周期波的傅里叶处理方法.第八章论述偏振.第九章论述干涉，先介绍干涉条件，再分别论述分波前干涉仪与分振幅干涉仪，然后讨论干涉条纹的类型与位置，最后论及多光束干涉，在干涉的应用方面，介绍了单层膜和多层膜的应用，干涉量度学的应用.第十章论述衍射，分别讨论了夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射，基尔霍夫标量衍射理论，最后还介绍了边界衍射波的内容.第十一章讨论傅里叶变换及其在光学中的应用，即傅里叶光学.第十二章介绍了相干理论，包括可见度、互相干函数和相干度的问题.第四部分即第13章，是现代光学的内容，使读者了解了现代光学的发展，开拓了读者的光学视野.每章最后都有一定量的习题，用于读者练习，全书的最后还附有部分习题的详细解答.书的最后除了参考文献之外，还列出了名词索引，便于读者快速查阅.附录1为电磁理论，包括麦克斯韦方程的微分形式及其推导过程，和电磁波动方程及其推导过程，附录2为基尔霍夫衍射理论.[2]Eugene Hecht 第四版《Optics》的内容极为丰富，它不仅包括所有光学教材共有的几何光学和物理光学传统内容，还在本书前几章介绍了光学的基础预备知识，如光学简史、波动和电磁理论，这为读者学习后面的光学主题知识打下基础. 先引入波动和电磁理论是非常重要和必要的，因为许多读者学习之前并没有掌握波动和电磁理论，否则会导致后面的干涉、衍射、偏振和傅里叶光学的学习很吃力.所以，在进入干涉衍射偏振之前，单独列出一章（第七章）介绍叠加原理，这种安排也是很合理的.另外，对光学的主体部分—几何光学和物理光学，该书每一章节的知识都非常细致和丰富，几乎比国内任何一本光学教材内容都丰富得多.Ajoy Ghatak的《Optics》，全书分为七部分，基本内容也是几何光学和物理光学，但是与Eugene Hecht 《Optics》光学不同的是：Ajoy Ghatak在第二部分单独讲述了振动与波，内容深入，甚至包括傅里叶级数、狄拉克函数、傅里叶变换等高等数学的内容，这为读者以后学习物理光学打下了深厚的数学和物理基础.在偏振方面，Ajoy Ghatak没有Eugene Hecht讲述的详细，Eugene Hecht将偏振单列一章，内容非常全面，包括偏振光的性质、起偏器、二向色性、双折射、散射和偏振、反射引起偏振、延迟器、圆起偏器、多色光的偏振、旋光性、感生光学效应—光调制器、液晶、偏振的数学描述等.而Ajoy Ghatak只论及了偏振光的产生和分析等理论性的内容，并没有介绍一些偏振器件.在现代光学方面，Ajoy Ghatak只介绍了激光和光纤，而Eugene Hecht除了激光和光纤外，还介绍了包括光信息、全息术和非线性光学、光学冷却、波前重塑、引力透镜效应、梯度折射率系统、超光速与亚光速、延迟器、光调制器和液晶、单层膜和多层膜的应用、雷达干涉仪、零阶贝塞尔光束等[3]特点，首先就阐述电磁理论基础，然后以麦克斯韦宏观电磁理论为基础，系统阐述光在各种媒质中的传播规律，包括反射、折射、偏振、干涉、衍射、散射以及金属光学（吸收媒质）和晶体光学（各向异性媒质）等.几何光学也作为极限情况（波长λ→0）而纳入麦克斯韦方程系统，并从衍射观点讨论了光学成像的像差问题.新版增加了计算机层析术、宽带光干涉、非均匀媒质光散射等内容.该教材内容极为丰富，理论性较强而且严谨.本书引文丰富且所涉广泛，上溯历史，下至近代，旁及有关学科和应用，故能于一专著中给读者以宽阔视野与充分求索之空间.全书共十五章，前半部分为基础内容，后半部分层次较深.此书在国内更多地作为研究生的专业课教科书.[4,6]见表3.而M.H. Freeman的Optics的重点并不在物理光学，而是几何光学和视光学，故其将平面的折射与反射、球面的折射与反射、薄棱镜、厚棱镜与棱镜系统、光学仪器、像差和光纤追踪、非球面与分段光学表面、光源与探测器、辐射度量学与光度学、光学设计、眼睛等内容分章详细讨论.该书偏重于讲述几何光学、视觉系统、视觉光学仪器的内容，物理光学的内容很少，只有11、12、13三章分别讲述光学材料：光与物质相互作用，干涉和衍射等物理光学的内容.本书几乎没有激光、光纤、光信息、全息术、非线性光学、量子光学等重要的现代光学的知识，所以该书非常适合于视觉科学、验光学和眼科学专业的学生，笔者认为并不适合作为我国大学物理专业的光学课程教材.[5]2. 风格虽然Ajoy Ghatak的《optics》与Eugene Hecht的《Optics》的内容与我国大学基础光学课程内容都比较接近，但前者主要是原理性、理论性的知识，在光学的物理和数学理论方面讲解透彻详细，但较少地介绍一些光学仪器和器件；而后者在光学理论和光学仪器与器件的介绍方面取得了一种平衡，能够在一本书中兼顾两者.两书在光学的几乎各个方面，突出原子散射的中心角色，尽早地使读者从傅里叶理论的角度深刻理解光学，从书的一开始就明确光的量子本质. Ajoy Ghatak对光学原理的论述非常易于理解，非常清晰，以一种直观的方式呈现许多概念和结论，它不仅适合本科生，也适合研究生和其他自学者，因为它出色地、清晰地、漂亮地介绍了光学理论.十年来， Eugene Hecht 《Optics》一直在众多的光学教材中处于领导地位，它以一种活泼的易于理解的方式论述，它以其精确、权威、全面的视野和出色的配图而著称.Max Born和Emil Wolf的《Principles of Optics——electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light 》一书如同它的名字，以光的电磁理论为基础，对光的传播、干涉、衍射及光学系统进行理论化的、系统的、深入的讨论.与国内的光学教材首先介绍几何光学不同，它一开始在前两章便深入讲解电磁理论，这为本书后面各个专题的论述奠定了理论基础.它将光的电磁理论贯穿始终，用光的电磁理论来论述光的传播、干涉、衍射、偏振、散射和光与物质相互作用等几乎一切主题，使读者在更基础的层面上，从本质上掌握光的规律，而不是对光仅仅停留在唯象地认识层面上，因为光的本质就是一种电磁波.所以学习Max Born的《Principles of Optics》将会大大加强学生的光学理论深度，为科研打下坚实的基础.笔者在研究生阶段从事光的研究中，渐渐认识到光的电磁理论是多么重要，也开始学习此书.几乎所有现代光学的问题都要用光的电磁理论来解决，如光纤光学、表面等离子体、非线性光学、导波光学.这就是为什么Principles of Optics/ Max Born虽然没有涉及激光、光纤通信、光学仪器等现代前沿光学和应用光学的内容，但是它仍然历经50年而长盛不衰，在国际上吸引着一代又一代的读者.当然，由于本书较为理论化，需要很深的数学水平，要掌握书中的内容对于大二的本科生来说是很难的，故主要作为光学类专业的研究生用书为宜.M.H. Freeman的《Optics》继承之前版本的理念，主要面向有需求的大学低年级对基础光学学生，强调对光学原理定性的理解，而不需要学生具有较强的数学基础，该书避免用微积分和复数进行数学表示，所以学生只需要一些基本的数学能力便可以很容易学习此书的内容.作者认为：数学有助于定量地理解光学，但本质上与光学密不可分，数学在其它的许多教材上的大量使用是为了训练物理学家.所以，该书对近代光学的主题——物理光学内容介绍的很少很浅显，现代光学更是没有提及.由于不涉及高等数学，所以它没有也无法深入地讨论物理光学的内容.如前所述，M.H. Freeman的《Optics》有自己的特色，它的重点并不在物理光学，而是几何光学和视光学，这不正是此书的独到之处吗？所以该书至今发行了11版.四、对国内编写《光学》教材的启示1. 先将光的电磁理论讲清楚作为一本基础的光学教材，笔者认为首先应该使学生理解光的物理本质，这就要求光学教材首先必须论述光的基本理论，在论述基本理论的时候，尽量更多地使用电磁理论，我们发现不管是Principles of Optics/ Max Born还是Optics/ Eugene Hecht，均在一开始便引入光的电磁理论，而国内的教材几乎都不引入光的电磁理论，一开始便介绍几何光学，然后是物理光学的内容包括光的干涉、衍射和偏振，最后是现代光学的简单介绍.国内教材在论述物理光学的内容时，仅仅是一种唯象的讨论，而不是用光的电磁理论进行深入地本质地讨论，在少数内容不得不用电磁理论时，也只是直接引入几个电磁波的公式，而不去说明为什么要这样引入？这些公式的意义是什么？这显然对初学者来说比较唐突，不能很好地理解它们.国内教材虽然不涉及许多理论知识，学起来简单容易，但很难使学生深刻地理解光的物理本质，很多学生学完了干涉、衍射、和偏振以后，仅仅是记住了一些干涉、衍射和偏振现象，记住几个简单的公式，对于这些现象背后的物理本质仍然是一头雾水.稍夸张地说，国内这类教材既不利于通过学习物理来探究事物及其变化的本质，也不利于学生以后在光学领域进一步得学习和研究，其根本的原因乃是“光学的电磁理论是现代光学及其应用的理论基础”.掌握基础理论才是发展和创新的根本，根深叶茂，本固根荣.[4,5]鉴于此，笔者认为，将来国内的光学教材也应该首先介绍光学的电磁理论，在论述干涉、衍射、偏振等物理光学的内容时也使用光的电磁理论进行讨论，但要兼顾本科学生的实际水平，不可讨论得过深，否则学生很难掌握，毕竟Principles of Optics/ Max Born更适合研究生水平.同时，这些光学理论的应用——一些重要的光学仪器，如干涉仪、光栅、波带片等也要多加介绍.2. 加入重要的现代光学的内容现代光学技术已经渗透到我们生活的各个角落，渐渐地改变着我们的生活方式.笔者就学习光学的体会，深知光学这个能够广泛应用于科技进步的学科如今的发展非常迅速，像光纤通信、光纤传感、激光、表面等离激元、量子光学、非线性光学、纳米光子学、微结构光学、光电子学、导波光学、光信息处理、光全息、成像、光学材料等一大批光学分支学科都在日新月异的发展并必将在不久的将来给我们的生活带来深远的影响.因此光学教材有必要提及重要的现代光学技术与仪器，如激光、光纤通信、LED、液晶、全息术、傅里叶光学等内容，使学生能够了解世界光学科技的最前沿.当然，对于基础的光学教材，重要的是把光学的基本理论完整并清晰地讲述，不必对这些分支领域进行讨论，而应仅仅简单地介绍它们，只讲解最基本的原理即可.要知道它们中的每一个领域都可以独立成书，对于基础的光学教材，其介绍现代光学技术的目的在于开拓学生的视野，使学生能够了解现代光学技术的成就与发展，我们不能够想象一个学过光学的人不知道激光的基本原理等等.有兴趣的学生也许在课外主动深入地学习它所感兴趣的前沿知识，并在大二大三阶段就积极参与本校教师的研究课题中，这显然对提高我国学生的科学研究能力和创新能力有极大地帮助，有利于他们在研究生阶段直接进入研究状态.于此同时，他们也能为自己的本科简历积累资本，为他们在申请国外更好的学校或研究组织过程中加分.因此，光学教材要内容丰富、结构合理，特别注重对物理思想、物理概念的透彻讲解，并在传统内容的基础上，编写若干反映现代光学新成就的内容.许多光学现象充斥于我们日常生活中，因此在光学教材中可以以课后问题或者知识拓展的形式提及这些日常生活中的光学现象，让学生用学过的光学理论进行自主思考.有人不禁要问，一本基础的本科光学教材，既要首先讲述光的电磁理论，然后把光学的基本理论讲清楚，讨论一些重要的光学仪器，最后还需介绍现代光学技术的知识，还要包含一些问题，这样一本光学教材得多少页啊？教师又要多少课时量才能讲完这些内容？实际上，引进教材Optics/ Eugene Hecht第四版已经为我们做出了很好的范例.3. 编写各有特色的光学教材本文所评介的四本光学教材各具特色，我国学界也应编写适合于不同学科学生，不同层次，各有偏重点的光学教材.如编写面向工程类、医学类、物理类学生的光学教材；编写面向低年级本科生与高年级本科生及研究生的光学教材；编写分别以基础理论、几何光学、物理光学、仪器和应用和近代光学等为主要特色的光学教材，或者编写如同Eugene Hecht 的“Optics”一样综合的优秀的光学教材.4. 常更新，多再版本文所评介的四本书至少发行至第四版，Max Born “Principles of Optics”发行了7版，再加上多次修订重印，从1959年第一版以来，更新了近20次；M.H. Freeman 《Optics》至今更新到了第11版.首先，光学是一个正在迅速发展的日新月异的学科，会出现一些新的技术和理论，一些旧的东西或许随着时间的推移和科技的发展，也有必要加进教材中向学生介绍，因此教材的内容需要更新；其次，每一本书的出版不可能尽善尽美，随着编者阅历的。
《晶体光学》课件2
随着信息科学技术的快速发展，晶体光学与信息科学的交叉研究也越来越受到关注。例如，利用晶体光学原理，可以实现高速、高精度、高稳定性的光学信息处理和传输，为未来的通信和计算技术提供新的解决方案。
晶体光学在生物医学领域也有着广泛的应用前景。例如，利用晶体光学原理可以研究生物组织的结构和功能，为医学诊断和治疗提供新的手段。同时，晶体光学也可以用于药物研发和生物成像等领域，为生物医学研究提供新的工具和思路。
晶体光学在制造各种光学仪器中发挥着重要作用，如棱镜、透镜等。
晶体光学材料可作为激光介质，用于制造各种激光器。
在光纤通信领域，晶体材料可用于制造光波导等关键器件。
光学仪器制造
激光技术
通信技术
早在文艺复兴时期，科学家们就开始研究晶体的光学性质。
19世纪，费迪南德·布律内尔的研究为晶体光学的发展奠定了基础。
加强与其他学科领域的交叉融合，推动晶体光学在新型材料、光子器件、光电子学等领域的应用研究，促进相关领域的发展。
加强国际合作与交流，引进国外先进的理论和技术，提高我国晶体光学研究的整体水平。
谢谢您的聆听
THANKS
光学通信技术是现代通信领域的重要发展方向，而晶体光学在其中扮演着重要的角色。例如，利用晶体光学的原理可以实现光信号的调制、解调、滤波等功能，提高通信系统的传输速度和稳定性。
晶体光学理论为光学通信技术的发展提供了重要的理论支持，促进了通信技术的不断创新和进步。
生物医学成像技术是医学领域的重要应用，如常见的X射线、CT、MRI等技术，都需要利用晶体光学原理来实现图像的获取和解析。
晶体光学理论在生物医学成像技术的发展中发挥了重要作用，为医学诊断和治疗提供了更加准确和可靠的工具。
晶体光学的研究进展与未来展望
《晶体的常识》教案最全版
《晶体的常识》教案最全版第一章：引言1.1 教学目标让学生了解晶体的基本概念和特点。
激发学生对晶体研究的兴趣。
1.2 教学内容晶体的定义与分类晶体的基本特点晶体的重要性1.3 教学方法讲授法：介绍晶体的基本概念和特点。
互动法：引导学生讨论晶体的实际应用。
1.4 教学资源课件：展示晶体的图片和实例。
视频：播放晶体生长的实验过程。
1.5 教学步骤1. 导入：通过展示晶体图片，引发学生的好奇心。
2. 讲解：介绍晶体的定义、分类和基本特点。
3. 实例分析：分析晶体的实际应用。
4. 讨论：引导学生探讨晶体的重要性。
5. 总结：强调本节课的重点内容。
第二章：晶体的定义与分类让学生了解晶体的定义和分类。
2.2 教学内容晶体的定义晶体的分类：原子晶体、离子晶体、分子晶体和金属晶体2.3 教学方法讲授法：讲解晶体的定义和分类。
2.4 教学资源课件：展示晶体的定义和分类。
2.5 教学步骤1. 复习：回顾上一节课的内容。
2. 讲解：讲解晶体的定义和分类。
3. 示例：展示不同类型的晶体实例。
4. 练习：让学生区分不同类型的晶体。
5. 总结：强调本节课的重点内容。
第三章：晶体的基本特点3.1 教学目标让学生了解晶体的基本特点。
3.2 教学内容晶体的周期性结构晶体的点阵参数晶体的对称性讲授法：讲解晶体的基本特点。
互动法：引导学生探讨晶体的对称性。
3.4 教学资源课件：展示晶体的基本特点。
3.5 教学步骤1. 复习：回顾上一节课的内容。
2. 讲解：讲解晶体的周期性结构、点阵参数和对称性。
3. 示例：展示晶体的对称性实例。
4. 练习：让学生分析晶体的对称性。
5. 总结：强调本节课的重点内容。
第四章：晶体的重要性4.1 教学目标让学生了解晶体的重要性。
4.2 教学内容晶体在材料科学中的应用晶体在自然界中的分布晶体在现代科技领域中的应用4.3 教学方法讲授法：讲解晶体的重要性。
互动法：引导学生探讨晶体在实际应用中的重要性。
4.4 教学资源课件：展示晶体的重要性和应用实例。
光子晶体光学的研究及应用
光子晶体光学的研究及应用光子晶体光学是一门以光学为基础的研究学科，它围绕着光子晶体的结构和性质展开。
光子晶体是一种由周期性的介电常数或电导率分布组成的结构，其晶格常数和介质常数的尺度与光波长相当。
通过控制光子晶体的结构和形态，可以实现对光的传输、反射和折射的控制，进而实现一系列的光学应用。
在光子晶体光学研究领域，光子晶体的制备技术是其中一个重要的研究方向。
这种技术涉及多种材料的制备和处理，包括有机材料、无机材料、聚合物、硅等。
通过现代制备技术的发展，研究者们已经可以制备出复杂的光子晶体结构，并控制其光学性质。
光子晶体的应用范围非常广泛，涵盖了光通信、生物医学、传感器、光学计算等领域。
以下几个方面可以进一步说明光子晶体光学的研究和应用意义。
1. 光通信：在传统的光通信中，采用的是光纤传输的方式，传输距离较远时，会带来信号衰减和传输损耗的问题。
而光子晶体在光通信中的应用，可以实现光的引导和传输的控制以及干涉，从而解决了信号衰减和传输损耗的问题。
此外，光子晶体还可以实现光的集成和多通道选择，因此被广泛用于光通信设备的研究和制备。
2. 生物医学应用：生物医学中常用光子晶体作为生物传感器。
通过固定生物分子和光散射或反射的方式，可以检测到生物分子的存在和浓度，从而实现快速检测和诊断。
另外，光子晶体还可以应用于生物成像和治疗。
通过利用光子晶体的穿透和反射性质，可以实现高分辨率的生物成像，同时也可以实现精密的光学治疗。
3. 光学计算：光子晶体可以用于光学计算器的研究和制备。
光子晶体的结构可以被视为是一个微型的光学元件阵列，通过制备不同的结构和形态，可以实现不同的光学特性。
因此，光子晶体可以被用作光学计算元件，应用于光学计算、光学逻辑和数据存储等领域。
总之，光子晶体光学的研究和应用，涵盖了科学、工程、医学和生物等多个领域。
在未来的发展中，随着制备技术和性能的不断提高，光子晶体光学将会得到更广泛的应用和发展。
晶体光学2讲课文档
A1
B1
1 1 2 1
快轴沿Y轴(n小
）
/4波片：
A2 A1,
B2 B1exp(i/2)iB1
/4波片,/2 ， /8波片的琼斯矩阵分别为
G 4＝10
0 i
,
G2＝10
01,
1 G8＝0
0 ei4
第二十九页，共60页。
GG8•G2•G41 0， ,0ei41 0， ,011 0， ,0 i
1
Ea1aascionsscions
第二十二页，共60页。
2、求长轴沿x轴，长短轴之比是2：1的右旋椭圆偏振光的归 一化琼斯矢量。
根据已知条件有：
E ~ x 2 a,E ~ y a i2 e, E ~ x2 E ~ y2 5 a 2
归一化琼斯矢量为
E右
1 5a 2
2a
ae
i
2
1 2
5
第十六页，共60页。
3、全波片
n o n ed m , 对应 2 m 的
称该晶片为全波片。
性质：
1）不改变入射光的偏振状态； 2）只能增大光程差。
第十七页，共60页。
三、补偿器
入射光
一般椭圆偏振光 ：
d1
2
d2
补偿器
0或
微量移动 巴比涅（Babinet）补偿器
2d1no ned2ne no
oe oe
出现e光与入射光在法
线同一侧的情况！
晶体：e光有向最大速度方向行走的趋势
第九页，共60页。
二. 单轴晶体的主折射率
光矢量与晶体光轴的夹角不同,e光速度不同。
e光垂直于光轴方向传播，光线与波面垂直。
o光: e光:
第2章 晶体学基础2.1
晶体与非晶体的区别：
1. 原子规排：晶体中原子（分子或离子）在三维空间呈周 期性重复排列，而非晶体的原子无规则排列的。 2. 固定熔点：晶体具有固定的熔点，非晶体无固定的熔点， 液固转变是在一定温度范围内进行。 3. 各向异性：晶体具有各向异性（anisotropy），非晶体为 各向同性。
二、空间点阵和晶胞
晶 格 常 数 示 意 图
3. 空间点阵类型（晶系）
根据６个参数间相关系可将全部空间点阵归为七大类，十四种（称为 布拉菲点阵）。
1）七大晶系
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
三斜晶系（Triclinic System） 单斜晶系（Monoclinic System） 正交晶系（斜方晶系，Orthogonal System） 四方晶系（正方晶系，Tetragonal System） 立方晶系（Cubic System） 六方晶系（Hexagonal System） 菱形晶系（Rhombohedral System）
晶体结构的微观特征 晶体可看作某种结构单元（基元）在三维空间作周期 性规则排列 质点或基元(basis)：原子、分子、离子或原子团 (组 成、位形、取向均同)
抽象为 质点 抽象为
阵点
质点的三维空间周期排列
空间点阵
1. 空间点阵
空间格子：把晶体中质点的中心用直线联起来构成的空 间格架即空间格子(Lattice)。 晶体点阵：由这些结点构成的空间总体称为晶体点阵。 晶体结点为物质质点的中心位置。 空间点阵中结点仅有几何意义，并不真正代表任何质点。
⑦菱形晶系（RHOMBOHEDRAL SYSTEM） 特点：对称轴和单胞的一个轴 （设a轴）夹角为某一角度α， 另外两个轴和对称轴夹角亦为 α并且长度相等。这三个轴构 成的六面体就是一个菱形单胞。 菱形晶系点阵常数间的关系为：
大学物理光学(二)2024
大学物理光学（二）引言概述：本文将对大学物理光学（二）进行详细的阐述。
在本科物理课程的光学部分，光学（二）是重要的一环，它主要深入探讨了光的传播、干涉和衍射现象，以及光的偏振等内容。
在本文中，我们将从五个大点来进行阐述，依次包括光的传播、干涉与衍射、光的偏振、光的干涉仪和光的衍射仪。
正文：一、光的传播1. 光的传播的基本原理2. 光的传播速度和光的介质3. 光的衍射和折射的现象4. 光束和光线的传播模型5. 光的衍射和干涉的相对关系二、干涉与衍射1. 干涉与衍射的基本概念和区别2. 杨氏双缝干涉实验和杨氏双缝衍射实验3. 单缝衍射和多缝衍射的特点4. 干涉和衍射的数学模型和公式5. 干涉与衍射在实际应用中的意义和效果三、光的偏振1. 光的偏振的基本概念和性质2. 光的偏振光源和偏振器3. 偏振光的表示和分析方法4. 偏振现象在光学实验中的应用5. 液晶显示器和偏振镜的工作原理四、光的干涉仪1. 光的干涉仪的基本原理和构造2. 干涉仪的主要种类和特点3. 径向干涉仪和薄膜干涉仪的应用4. 干涉仪在干涉光谱测量中的应用5. 干涉仪在实验室科研和工业领域的应用五、光的衍射仪1. 光的衍射仪的基本原理和结构2. 衍射光栅和夫琅禾费衍射的特点3. 衍射仪在光谱分析中的应用4. 衍射仪在材料表征中的应用5. 衍射仪在精密测量中的应用总结：通过对大学物理光学（二）的阐述，我们深入了解了光的传播、干涉与衍射、光的偏振、光的干涉仪和光的衍射仪等内容。
这些知识不仅在理论上深化了我们对光学的认识，同时也有着广泛的实际应用价值，为光学技术的发展和应用提供了基础。
通过学习和掌握光学（二），我们将更好地理解光与物质的相互作用，为今后的学习和研究打下坚实的基础。
东南大学《现代光学基础》复习总结
《现代光学基础》复习总结第一章几何光学费马原理：光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值。
即光沿光程为最小值、最大值或恒定值的路程传播，一般情况下，实际光程大多是极小值。
光在平面上反射不改变光的单心性，光在分界面上折射将破坏光的单心性。
在水面上沿竖直方向看水中物体时，像最清晰，像似深度y y n n y <='12，沿着倾斜角度较大的方向观看时，像的清晰度由于像散而受到破坏。
当光由光密介质射向光疏介质时，全反射临界角12arcsin n n i c =，光导纤维中光的入射临界角2221arcsin n n u -=。
通过测量棱镜的最小偏向角可计算棱镜的折射率，最小偏向角A i -=102θ，折射角22A i =，即折射率2sin2sinsin sin 021A A i i n +==θ。
球面镜反射：物像公式：f r s s '==+'1211，横向放大率ss y y '-='=β，球面镜反射将破坏光的单心性；球面镜折射：物像公式：r n n s n s n -'=-''，光焦度r n n -'=Φ，横向放大率n ns s y y '⋅'='=β，球面镜折射将破坏光的单心性。
物方焦距r n n n f -'-=，像方焦距r n n n f -''='，即n nf f '-='。
高斯物像公式：1=+''s f s f ，牛顿公式：()()f f f s f s x x '='-'-='；薄透镜成像：物像公式：221112r n n r n n s n s n -+-=-'，光焦度2211r n n r n n -+-=Φ，横向放大率ss y y '='=β，高斯公式：s f s f +''1=，牛顿公式：()()f f f s f s x x '='-'-='。
现代光学基础课件：光学教程-总结
第一章 光的干涉
等倾干涉：
此装置是分振幅干涉（即分能量干涉。）薄膜上下表面反射光
的光程差为：
2d0
n22
n12
sin 2
i1
2
2nd cosi
2
2j
2
明纹 j 0,1,2,3,
(2 j 1) 暗纹 j 0,1,2,3,
2
第一章 光的干涉
等厚干涉：
平行光从相同的倾角入射不均匀的薄膜，相干光光程差Δ，随膜
上式称为菲涅耳积分。借助惠更斯—菲涅耳原理可解释和描述 光束通过各种形状的障碍物时所产生的衍射现象。菲涅耳衍射的计 算很困难，可以用振幅矢量叠加法做近似的处理。
第二章 光的衍射
菲涅耳半波带
S
r2 r0 2( / 2)
O
R
BBB321 B0
r3 r0 3( / 2)
P r1 r0 ( / 2)
光（也称平面偏振光）。
大量的振幅相同、振动方向任意、彼此没有固定相位关系的 光振动的集合叫自然光。
第五章 光的偏振
第五章 光的偏振
yLeabharlann 1.220df1'
f
f2
Q
F1’ F2
P
U
P` P‘’ o2
o1
U
y' -U‘
-U‘’
-U‘’ O
物镜系 统
Q`
目镜系统
Q‘’
第五章 光的偏振
偏振—振动方向对于传播方向的不对称性。 偏振是横波区别于纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振 现象。
光矢量（E）只在一个固定平面内沿单一方向振动的光叫线偏振
f n r f ' n' r
nn'
《现代光学》教学大纲.doc
课程编号:SC4321147 课程名称：现代光学 学 时：46课程类型：任选 适用专业：应用物理学《现代光学》教学大纲英文名称：Modern Optics 学 分：3课程性质：专业课先修课程：光学、电动力学或电磁场与微波一、 课程的教学目标与任务本课程为物理系各专业的一门专业选修课，在经典光学基础上，利用线性系统理论和傅 里叶分析方法分析光学问题，从光的物理本质电磁波出发，系统学习现代光学的基础理论, 其中包括标量衍射理论，光学成像系统频率特性，部分相干光理论以及光学全息等；介绍晶 体光学、光学信息处理等应用技术原理以及最新技术进展。
二、 本课程与其它课程的联系和分工前修课程：光学，信号与系统，电动力学或电磁场与微波技术三、 课程内容及基本要求（-）二维线性系统分析（2学时）线性系统，二维线性不变系统，二维傅里叶变换，抽样定理 1. 基本要求 （1） 掌握二维线性不变系统特点和分析方法。
（2）熟练掌握傅里叶变换性质和常用函数的傅里叶变换。
2. 重点、难点重点：二维线性不变系统的定义、传递函数以及本征函数 难点：将线性系统理论应用于光学系统分析的条件3. 说明：本章主要复习线性系统理论和傅里叶变换相关概念，初步了解光学系统可用线形系统理论方法研究的条件和特点。
（二）标量衍射的角谱理论（8学时）光波数学描述，复振幅分布的角谱及角谱传播，标量衍射的角谱理论，菲涅耳衍射和夫 琅和费衍射1. 基本要求 （1） 熟练掌握平面波空间频率的概念和计算方法。
（2） 熟练掌握标量衍射的角谱理论（基尔霍夫衍射、菲涅耳衍射和夫琅和费衍射） （3） 掌握夫琅和费衍射与傅里叶变换关系 （4）了解菲涅耳衍射与分数傅里叶变换关系开课学期：第七学期技术、信号与系统 开课院系：理学院2.重点、难点重点：平面波空间频率概念和标量衍射角谱理论难点：（1）函数抽样公式和傅里叶变换公式的光学物理意义（2）复振幅分布和标量衍射理论的角谱理论物理意义3.说明：本章主要介绍光波传播过程中的空间域以及空间频域描述方法，是本课程理论基础，其研究方法、研究特点以及结论和公式是此后各章都要用到的，本章掌握程度直接影响到本课程理解和掌握程度。
晶体的常识(教案)
晶体的常识(全套教案)教案章节：第一章至第五章第一章：引言教学目标：1. 了解晶体的定义和特点。
2. 掌握晶体的基本性质。
3. 理解晶体在自然界和人类生活中的应用。
教学内容：1. 晶体的定义和特点2. 晶体的基本性质3. 晶体的应用领域教学活动：1. 引导学生通过观察和描述晶体的图片，初步了解晶体的外观特点。
2. 组织学生进行小组讨论，探讨晶体的性质，如硬度、透明度、结晶形状等。
3. 邀请相关领域的专家进行讲座，介绍晶体在科技、医疗、化妆品等领域的应用。
作业与评估：1. 要求学生完成一篇关于晶体应用领域的研究报告。
2. 组织学生进行晶体展示，评估他们对晶体知识的掌握程度。
第二章：晶体的类型教学目标：1. 掌握不同类型晶体的结构特点。
2. 了解晶体类型的分类方法。
3. 熟悉常见晶体的类型和应用。
教学内容：1. 晶体类型的分类方法2. 不同类型晶体的结构特点3. 常见晶体的类型和应用教学活动：1. 组织学生进行小组讨论，了解晶体类型的分类方法。
2. 通过图片和实物展示，引导学生观察和描述不同类型晶体的结构特点。
3. 邀请相关领域的专家进行讲座，介绍常见晶体的类型和应用。
作业与评估：1. 要求学生完成一篇关于晶体类型的研究报告。
2. 组织学生进行晶体类型展示，评估他们对晶体类型知识的掌握程度。
第三章：晶体的生长与形成教学目标：1. 了解晶体生长与形成的过程。
2. 掌握晶体生长的基本原理。
3. 熟悉影响晶体生长的因素。
教学内容：1. 晶体生长与形成的过程2. 晶体生长的基本原理3. 影响晶体生长的因素教学活动：1. 引导学生通过观察和描述晶体生长过程的图片，了解晶体生长与形成的过程。
2. 组织学生进行小组实验，探究晶体生长的基本原理。
3. 邀请相关领域的专家进行讲座，介绍影响晶体生长的因素。
作业与评估：1. 要求学生完成一篇关于晶体生长与形成的实验报告。
2. 组织学生进行晶体生长与形成的展示，评估他们对晶体生长与形成知识的掌握程度。
《光在晶体的传播》课件
衍射的分析方法
衍射的分析方法可以通过计 算或实验得到衍射图案的细 节，进而研究晶体的结构和 光学性质。
晶体中的常见衍射 现象
晶体中常见的衍射现象有夫 琅禾费衍射、菲涅尔衍射、 布拉格衍射等，它们是晶体 光学重要的展现形式。
晶体中光的偏振
1 光的偏振特性
光波的振动方向区分了 不同的偏振状态，如线 偏振、圆偏振和椭圆偏 振。
折射率是描述光在晶体 中传播速度的物理量， 它可以通过实验或计算 得到。
3 晶体中不同方向上
折射率的差异
晶体的折射率与光在不 同晶体轴方向的传播速 度有关，晶体对不同方 向的光具有不同的折射 率。
晶体中光的反射
1
反射角度的计算
2
计算晶体表面的反射角度需要考虑入
射角的大小和晶体表面的法线方向。
3
反射定律
初步认识
1
光在晶体中的传播方式
光在晶体中可以通过直线传播，也会受到晶体结构的影响而发生折射、反射、衍 射等现象。
2
晶体的光学坐标系
晶体中光学坐标系的建立是为了描述光在晶体中的传播方向、传播特性以及其它 光学现象。
晶体中光的折射
ห้องสมุดไป่ตู้1 折射定律
2 折射率的计算
折射定律描述了光在从 一种介质进入另一种介 质时的折射行为，它与 两种介质的折射率有关。
晶体光学的未来发展趋势
随着材料科学和光学技术的进步，晶体光学 将在性能、功能和应用上迎来更多的突破与 创新。
参考文献
• 李宇华, 李兴生. 晶体光学. 线上教材. • 陈明宇, 谢明辉. 光学与光学仪器. 科学出版社. • 王鹏, 刘吉林. 晶体学. 化学工业出版社.
2 晶体中光的偏振状态 3 晶体中偏振光的应用
第二章光学分析法导论
反射：光通过具有不同折射率的两种介质的介面时会产 生反射；
干涉 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强， 某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区 域互相间隔，此现象叫干涉；
衍射 光绕过物体而弯曲地向它后面传播的现象； 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。
光分析法在研究物质组成、结构表征、表 面分析等方面具有其他方法不可区代的地位。
波谷的数目。单位: S-1 (Hz) γ=1/T
波长λ: 相邻两极大值或极小值之间的距离。 波长的单位: cm µm nm Å λ=c / γ
波数δ:每厘米内波的数目,即单位距离中极大值的数 目。单位：cm-1 δ=1/ λ
波速v：波在一秒钟内通过的距离。 v=λ/T=λγ
2、电磁辐射的粒子性
电磁辐射是在空间高速运动的光量子（或称光子） 流。可以用光子具有的能量表征。单位为eV或J， 1eV=1.60×10-19J。 光子能量与光波频率有关，普朗克方程将电磁辐射 的波动性和微粒性联系在一起：
一、光学分析法的分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类. 1、光谱法
基于物质与辐射能作用时，分子发生能级 跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或 强度进行分析的方法。
按产生光谱的基本粒子不同
原子光谱 光谱
分子光谱 （1）原子光谱
由原子外层或内层电子能级的变化产生的，表现形式 为线光谱。 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种
； h：普朗克常数
电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二相性）
1、电磁辐射的波动性
电磁波是横波（找一个图建立超链接，见上课稿） 可以用波长λ、频率γ、速度v、波数δ、能量等来
表示其特性。 周期T: 相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所
《现代光学》课件第3章
15
第3章 傅里叶光学基础
2. 基尔霍夫衍射公式 现在讨论无限大不透明屏幕上透光孔所引起的衍射问 题。衍射装置如图3.1-3所示，从点源P0发出的单色光波， 传播并通过不透明屏S′上的一个小孔Σ，在屏后的P点观察。 假设开孔Σ的线度、P0点和P点到孔Σ的距离远大于波长λ， P0和P到Σ上任一点P1的矢径分别为r0和r。
(3.2-2)
(3.2-3)
52
第3章 傅里叶光学基础
式中: AΣ(ξ1,η1)和Az(ξ,η)分别为UΣ(x1,y1,z1)和U(x,y,z)的频谱 函数。所以衍射问题既可以看成是空域中复振幅UΣ(x1,y1,z1) 到U(x,y,z)的传播，也可以看成是频率域中频谱分布AΣ(ξ1,η1) 到Az(ξ,η)的传播。为了导出AΣ和Az之间的关系，令z1=0，即 衍射屏位于z=0的平面上。在无源点上U满足亥姆霍兹方程 ( +k2)U=0，应用到式(3.2-3)得到
46
第3章 傅里叶光学基础
同理有 因此式(3.1-37)可写成
47
(3.1-39) (3.1-40)
第3章 傅里叶光学基础
2. 准单色光波的衍射公式
实际光源都不是理想的单色光源，发出的光波都有一
定的线宽。如果光源的线宽比光波的平均频率小得多， 满
足
光源发出的光波称为准单色光。对于准单色
光，式(3.1-37)中的ν′、λ′可用
3.1.2 基尔霍夫衍射公式 1. 基尔霍夫积分定理 为了应用格林定理，取如图3.1-2所示的积分面S，S包
围的体积为V。令观察点P在封闭曲面S内，选择格林函数 G为以P点为中心，向外发散的单位振幅的球面波函数， 它在空间任一点P′处的复振幅为
(3.1-6)
光学中的凸透镜与光学成像
凸透镜在显微镜中的应用
01 放大倍率
凸透镜可以将微观物体放大至可见范围，帮 助科学家研究微观结构。
02 透镜调焦
显微镜中的凸透镜通过聚焦光线来调节放大 倍率，使得研究更加细致。
03 分辨率
凸透镜的质量和焦距决定了显微镜的分辨率， 直接影响观察效果。
凸透镜在相机中的应用
光线控制
凸透镜调节光线的入射角 度，影响着画面的明暗和 对比度。
焦距调节
景深控制
对焦精度
调节凸透镜的焦距可以实 现近距离或远距离的拍摄， 满足不同需求。
透镜的光圈大小直接影响 景深，决定了前景和背景 的清晰度。
准确对焦是拍摄清晰照片 的关键，凸透镜的质量和 设计影响着对焦准确度。
凸透镜在人类眼睛中的应 用
人类眼睛中的晶状体是一种凸透镜，起着将光线 聚焦在视网膜上的作用。这一过程使得视网膜能 够接收到清晰的图像，并传递给大脑，完成视觉 感知。凸透镜在眼睛中的应用保证了我们日常的 视觉体验。
● 06
第六章 总结与展望
光学成像的未来 发展
随着科技的不断进步， 光学成像技术将迎来 更多创新，应用领域 也将不断拓展。未来 可能会出现更高清、 更精准的成像技术， 为各行各业带来更多 便利。
光学成像的重要性
医学
在医学领域，光 学成像技术可用 于检测、诊断和 手术等方面，帮 助医生更好地治
成像质量
畸变对成像的影 响
主要影响
球差、色差等
光学成像的矫正 方法
为了消除畸变，可以 采取一些矫正方法， 如使用复合透镜系统 或者调整透镜参数。 这些方法可以有效提 高成像质量，使成像 更加清晰和准确。
矫正方法措施
01 复合透镜系统
结合不同透镜
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i
对称面（或镜面） m
一重旋转轴
1
二重旋转轴
2
三重旋转轴
3
四重旋转轴
4
六重旋转轴
6
四重像转轴
4
对称操作
倒反 I
反映 M
旋转 L(00 ) 旋转 L(180 0 ) 旋转 L(120 0 ) 旋转 L(90 0 ) 旋转 L(60 0 ) 旋转 L(900 ) I
12
3 晶体的宏观对称类型
☆
13
4 晶系
晶体光学的规律是包括各向同性介质在内的更普遍的规律。
3
☆
晶体在光学上的各向异性的微观机制是：
第一，组成晶体的各基元(包括原子、离子或它们的集团) 本身就是各向异性的，
故当它们按某一规则组合在一起时， 宏观上就可以表现出各向异性来。
第二，各向同性基元在组成晶体时， 排列方式存在着各向异性，
从而使晶体在宏观上表现出了各向异性。
第三，当晶体被光波照射时， 其中的束缚电荷在光波电场的作用下要发生位移，
在不同的方向上反应出不同的位移量。
4
☆
由电磁学知道，
束缚电荷的不同位移量对应着介质的不同极化， 表征这种极化的物理量就是介电常数。
由于晶体的极化程度与入射光波行进的方向有关， 因而介电常数的取值也与此方向有关。 此时介电常数不再是标量，而是张量。
☆
与之相对应的对称操作称为旋转。 当进行旋转对称操作时，
图形本身转过一定角度后可能发生重合，
其中最小的角度称为基转角，以 表示。
由于任何有限图形在旋转一周后必自相重合，
因此基转角必须能整除 3600
n 旋转轴的度数 ：
3600 / n
表示旋转一周时晶体相同部分发生重合的次数
晶体由于受到内部构造的限制， 可能存在的转轴度数不是任意的，
对称操作：
联系对称图形中各相同部分虽经运动 而又能使其复原的动作
对称要素：
表示个别对称操作的几何要素(点、线、面)
对称操作是依据对称要素来进行的。 在晶体范围内，对称操作意味着将结点排列、
方向或晶面转移到 其它有相同结点排列、方向或晶面的位置上去， 并且在对称操作前后，上述要素是等同的。
6
1 晶体对称要素的基本原理
2
按照光的电磁理论观点，
☆
当光波进入晶体时，在光波电磁场的作用下，
晶体原子或分子将发生极化。
若晶体介质结构具有各向同性，则极化具有各向同性； 若晶体结构具有各向异性，则极化也具有各向异性，
从而使光波电磁场的传播具有各向异性。
由此可见，晶体在光学上的各向异性， 反映了晶体在与入射光波电磁场相互作用时具有各向异性， 这种各向异性的根源在于晶体具有各向异性结构。
与之相对应的对称操作称为反演（或倒反）。 如果以对称中心为坐标原点，则对称中心的作用是
(x，y，z) (x， y， z)
m (2 ) 对称面（或镜面) （用 标记）
与之相对应的对称操作称为反映（或镜像）。
每一个点经过对称面反映转移到其镜像的位置上
9
n (3 ) 旋转轴（或对称轴）（用 Cn 或 标记）
晶体的宏观对称要素组合时， 一般的程序是先进行对称轴与对称轴的组合； 在此基础上扩大为对称轴与对称面的组合； 最后再扩大为对称轴、对称面与对称中心的组合。
8
2 晶体中的对称操作
☆
晶体中的对称操作和对称要素可分为两类， 即宏观的和微观的。
在作为有限图形的结晶多面体中，只可能存在宏观对称要素。
i (1 ) 对称中心 （用 标记）
n 1、2、3、4、6 7
宏观对称要素的组合原理：
☆
晶体中可以只存在一个宏观对称要素， 也可能有两个以上要素按一定方式组合起来而共同存在。 当两个对称要素组合时，必将产生第三个对称要素。
第一，晶体的多面体外形是一种有限图形， 因而各对称要素组合时必须通过一个公共点
第二，晶体具有周期性的点阵结构， 任何对称要素组合的结果， 都不允许产生与点阵结构不相容的对称要素
晶体的物理性质在很大程度上取决于它本身的对称性， 从而表征各向异性晶体的物理量具有张量性质。
显然，在分析晶体的物理性质时， 必然要通过张量这个数学工具来研究物理量的对称性。
5
一 晶体的宏观对称性
☆
物体相同部分有规律地重复称为对称
晶体的对称性不仅具有几何意义，同时也包含了物理意义。 对称性是晶体的一种重要特性，也是晶体分类的基础。
第二章 晶体光学
§1 晶体 §2晶体的介电张量 §3 单色平面波在各向异性晶体中的传播 §4 晶体光学性质的几何图形表示 §5 平面波在晶体表面的反射和折射 §6 立方晶系晶体的光学性质 §7 单轴晶体的光学性质 §８双轴晶体的光学性质
1
光电子器件中最常用的材料是固体材料。
☆
固体可分为晶态和非晶态两大类。 作为光传输和传感介质的光纤 通常采用非晶态的熔融石英玻璃等材料拉制而成，
2 度像转轴就是垂直于该轴的对称面（镜面） 2 m
3 度像转轴的效果与3度旋转轴加上对称中心的总效果一样 3 3 i
6 度像转轴的效果与3度旋转轴加上垂直于该轴的对称面的总效果一样，
6 3 m
只有4度旋转轴是独立的
11
晶体的宏观对称性中只有以下八种基本的对称操作要素： ☆
对称要素
国际标号
对称中心
☆
由于晶体内部具有点阵结构，因而在晶体结构中， 有些对称要素的取向及其可能存在的种类数目
就必定要受到点阵的限制。
在晶体的空间点阵结构中， 任何对称轴都必与一组直线点阵平行；
任何对称面都必与一组平面点阵平行， 而与一组直线点阵垂直。
晶体的对称性定律 ： 晶体中对称轴的轴次 ， 并不是可以有任意多重，而是仅限于
但大多数无源或有源光电子器件则常采用固态晶体材料。
晶体是指内在结构长程有序的固体， 是由某种微观结构按照一定规律在空间宏观地重复所构成。 因此，生长良好的单晶体具有规则的几何外形。
晶体的原子或分子在空间排列上的规则性， 导致许多晶体的光学性质具有空间上的各向异性。 正因为如此，在光学、光电子学范畴， 只要提到各向异性介质，人们首先想到的就是晶体材料
只能存在1，2，3，4，6度转轴， 不能有5度或高于6度的转轴存在。 10
(4 ) n 度像转轴
一种复合对称要素，
☆
其相转轴旋转 2 n 角度后，
再经过中心反演，晶体能自身重合。
晶体的像转轴也只能有 1 ， 2 ，3 ，4 ， 6 度
1 度像转轴就是中心反演（对称中心），即 1 i
☆
晶体中的所有格点可以用选取任意格 点为原点的矢量来表示 L l1 a1 l2 a2 l3 a3