光学教程 第一章PPT课件
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缝间距越小，屏越远，干涉越显著。
在D、d 不变时， 条纹疏密与λ正比
3) 白光干涉条纹的特点： 中央 0 级为白色亮纹，两侧
为彩色，由蓝到红向外展开
12
1.4 分波面双光束干涉
s1
光源 *
s2
分振幅法
分波阵面法 杨氏双缝、双镜、劳埃镜等
水面上的彩色油 膜、彩色肥皂泡、劈 尖干涉等
13
杨氏双缝实验： 原理图：
2） 相邻干涉条纹对应的薄膜厚度差 d 2n
(n为劈尖的折射率)
3） 条纹宽度(相邻明纹或相邻暗纹间距) l 2n
sinθ≈tgθ≈θ
θ角很小
l d sin 2n
46
越小， l 越大， 条纹越稀； 越大， l 越小， 条纹越密。 当大到某一值，条纹密不可分，无干涉。
2. 厚度变化对条纹的影响
光学教程
1
第一章 光的干涉
2
１.１光的电磁理论
E
S
H
3
１.２波动的独立性、叠加性和相干性
4
5
两列波干涉合振动平均强度:
I A12 A22 2A1A2cos(2 1)
干涉相长和相消的相位关系
相长: 2 1 2j(j 0,1,2, ) I (A1 A2 )2
相消: 2 1 (2j1)(j 0,1,2, ) I (A1 - A2 )2
d 越小， j 越大 d=0 ， j=0
47
薄膜干涉
48
油层上下反射光的干涉 肥皂薄膜的干涉图样
镜头表面的增透膜 49
例1 如图所示的是集成光学中的劈形薄膜 光耦合器．它由沉积在玻璃衬底上的Ta205薄 膜构成，薄膜劈形端从A到B厚度逐渐减小到 零．能量由薄膜耦合到衬底中．为了检测薄 膜的厚度，以波长为632.8 nm的氦氖激光垂直 投射，观察到薄膜劈形端共展现15条暗纹， 而且A处对应一条暗纹．Ta205对632.8 nm激光 的折射率为2.20，试问Ta205薄膜的厚度为多少?
《光学教程第一章》课件
《光学教程第一章》PPT 课件
光学教程第一章PPT课件
章节概述
光学基础知识
从光学的起源和发展，介绍光学的基本概念 和原理。
光的本质和特性
探索光的波粒二象性，频率和波长，速度以 及偏振。
光的传播和衍射
解读光的传播方式，直线传播，散射和吸收， 以及衍射现象。
光的折射和反射
揭示光的折射规律，全反射，反射规律，并 介绍实验。
3
光的速度
探索光在不同介质中传播时的速度变化。
4
光的偏振
讲解光的偏振现象及其在实际应用的意义。
光的传播和衍射
光的传播方式
详细介绍光是如何在空间中传播的。
光的散射和吸收
探讨光在遇到粗糙和杂乱表面时的散射和吸 收现象。
光的直线传播
解析光在均匀介质中直线传播的规律。
光的衍射现象
阐述光通过孔隙或障碍物时发生的衍射现象。
光的折射和反射
光的折射规律 光的全反射
光的反射规律 光的反射实验
介绍光在两个介质交界面发生折射时的规律。 探索光从光密介质射向光疏介质时发生的全反 射。 解析光在平面镜和曲面镜上的反射规律。 介绍一些简单的光的反射实验，如镜子实验。
光的干涉和衍射
光的干涉现象
阐述不同光波相互作用导致的干涉现象。
干涉的类型
光学基础知识
光的定义
详细讲解光的定义和相关概念。
光的属性
解析光的属性，如波动性和微粒性。
光的来源和产生
探索光的来源和产生，如自然光和人工光源。
光学实验
介绍一些基本的光学实验，如折射、反射和干涉。
光的本质和特性
1
光的波粒二象性
阐述光的波动性和微粒性的双重特性。
光学教程第一章PPT课件
章节概述
光学基础知识
从光学的起源和发展，介绍光学的基本概念 和原理。
光的本质和特性
探索光的波粒二象性，频率和波长，速度以 及偏振。
光的传播和衍射
解读光的传播方式，直线传播，散射和吸收， 以及衍射现象。
光的折射和反射
揭示光的折射规律，全反射，反射规律，并 介绍实验。
3
光的速度
探索光在不同介质中传播时的速度变化。
4
光的偏振
讲解光的偏振现象及其在实际应用的意义。
光的传播和衍射
光的传播方式
详细介绍光是如何在空间中传播的。
光的散射和吸收
探讨光在遇到粗糙和杂乱表面时的散射和吸 收现象。
光的直线传播
解析光在均匀介质中直线传播的规律。
光的衍射现象
阐述光通过孔隙或障碍物时发生的衍射现象。
光的折射和反射
光的折射规律 光的全反射
光的反射规律 光的反射实验
介绍光在两个介质交界面发生折射时的规律。 探索光从光密介质射向光疏介质时发生的全反 射。 解析光在平面镜和曲面镜上的反射规律。 介绍一些简单的光的反射实验，如镜子实验。
光的干涉和衍射
光的干涉现象
阐述不同光波相互作用导致的干涉现象。
干涉的类型
光学基础知识
光的定义
详细讲解光的定义和相关概念。
光的属性
解析光的属性，如波动性和微粒性。
光的来源和产生
探索光的来源和产生，如自然光和人工光源。
光学实验
介绍一些基本的光学实验，如折射、反射和干涉。
光的本质和特性
1
光的波粒二象性
阐述光的波动性和微粒性的双重特性。
《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
《光学教程》第五版姚启钧第一章几何光学ppt
控制技术
了解利用光进行精确控制的 技术，如激光切割和激光雕 刻。来自激光及其应用1
激光原理
讲解激光的产生原理和特点，如受
医疗应用
2
激辐射和光增强。
了解激光在医学领域的应用，如激
光手术和激光治疗。
3
工业应用
探索激光在工业生产中的应用，如 激光切割和激光焊接。
光学设计和优化方法
光学设计
介绍光学系统的设计原理和 优化方法，如透镜组设计和 光学仿真。
虚拟现实
探索光学技术在虚拟现 实中的应用，如头戴式 显示器和全景投影。
光学产业与发展趋势
光学产业
了解光学产业的现状和发展 趋势，如光学元件制造和系 统集成。
纳米光学
探索纳米光学技术的前沿研 究和应用，如纳米光学器件 和量子光学。
光子集成电路
了解光子集成电路的原理和 应用，如光互连和光纤通信。
波长色散
深入了解光的色散现象以及 如何通过设计进行补偿。
像差校正
探索如何通过适当设计来纠 正光学系统的像差问题，以 实现更好的成像质量。
光学信息处理和显示技术
光学信息处理
介绍光学在信息处理中 的应用，如全息成像和 光学存储器。
光学显示技术
了解各种光学显示技术， 如液晶显示器和有机发 光二极管（OLED）。
《光学教程》第五版姚启 钧第一章几何光学ppt
光学教程第一章的主要内容包括光的本质和传播、光的几何传播、光的反射 和折射，将为你提供光学世界的入门知识。
光的本质和传播
光的本质
深入探索光的性质和行为，了解光的粒子和波 动理论。
光的传播
揭示光在不同介质中的传播规律，包括折射和 反射。
镜子和透镜
光学教程第四版 姚启钧著 讲义第一章.1
10 8 9 7
1m 10dm 102 cm 103 mm 104 dmm 105 cmm 10 m 10 nm 10 A
6 9 10
7
四、光强：
1 2 2 2 I A I A A 2
2
1）光强度、光照度、平均能流密度
31
二、获得稳定干涉图样的条件 典型的干涉实验
1. 获得稳定干涉 图样的条件 ： 从同一批原子发射出来经过不同光程的两列光波。
22
（3）一般情况： 旋转 r2r21r1 常量 ， r 常量 ，干涉花样为双叶螺旋双 曲面 干涉花样为双叶螺旋双 曲面
23
2.干涉条纹 的计算：
令：1 s2 d , N为s1 s2的中点， 0 r0 s NP 作：s1 s2 p , s1 s1 s2 s1
' '
在近轴和远场近似条件 即r>>d 和 r>> 情况下：
2 2 2 2 2
A1sin1 A2sin 2 Asin (2)
(2) /(1) :
A1sin1 A2sin 2 tg A1 cos 1 A2 cos 2
cos cos cos sin sin
12
IA
2 2
A dt A
E1 A1 cost 1 A1 cos t cos 1 A1 sin t sin 1
E E1 E2
令：A1 cos 1 A2 cos 2 A cos (1)
cos t A cos t sin A sin sin 则：E A cos cos sin cos cost 11
1m 10dm 102 cm 103 mm 104 dmm 105 cmm 10 m 10 nm 10 A
6 9 10
7
四、光强：
1 2 2 2 I A I A A 2
2
1）光强度、光照度、平均能流密度
31
二、获得稳定干涉图样的条件 典型的干涉实验
1. 获得稳定干涉 图样的条件 ： 从同一批原子发射出来经过不同光程的两列光波。
22
（3）一般情况： 旋转 r2r21r1 常量 ， r 常量 ，干涉花样为双叶螺旋双 曲面 干涉花样为双叶螺旋双 曲面
23
2.干涉条纹 的计算：
令：1 s2 d , N为s1 s2的中点， 0 r0 s NP 作：s1 s2 p , s1 s1 s2 s1
' '
在近轴和远场近似条件 即r>>d 和 r>> 情况下：
2 2 2 2 2
A1sin1 A2sin 2 Asin (2)
(2) /(1) :
A1sin1 A2sin 2 tg A1 cos 1 A2 cos 2
cos cos cos sin sin
12
IA
2 2
A dt A
E1 A1 cost 1 A1 cos t cos 1 A1 sin t sin 1
E E1 E2
令：A1 cos 1 A2 cos 2 A cos (1)
cos t A cos t sin A sin sin 则：E A cos cos sin cos cost 11
《光学教程》第一章几何光学概述
光焦度的单位称为屈光度，以字母D表 示。若球面的曲率半径以米为单位，其 倒数的单位便是D
如果发光点的位置在P′点，它的像便在 P点。换句话说，如果P和P′之一为物， 则另一点为其相应的像。物点和像点的 这种关系称为共轭，相应的点称为共轭 点，相应的光线称为共轭光线。应该指 出，物像共轭是光路可逆原理的必然结
练习P161 3.10 3.12 3.13
六、球面反射对光束单心性的破坏
从物点发散的单心光束经球面反射后， 将不再保持单心性(即使平行光束入射 时也不例外)。
七、近轴光线条件下球面反 射的物像公式
在球面反射的情况中，物空间与像空间 重合，且反射光线与入射光线的进行方 向恰恰相反。这一情况，在数学处理上 可以认为像方介质的折射率n′等于物方 介 质 折 射 率 n 的 负 值 ， 即 n′=-n( 这 仅 在 数学上有意义)。
问题：平面镜反射能否成虚像？
二、光在平面界面上的折射 光 束单心性的破坏
当x不变时，像点S′的位置x′随y而变， 即 从 S 点 发 出 的 不 同 光 线 经 OM 面 折 射 后并不能相交于同一点。
进一步研究可知折射光线在空间也无同 一交会点，这说明折射光束的单心性已 被破坏。
比较光在平面上的反射
单独的球面不仅是一个简单的光学 系统，而且是组成光学仪器的基本 元素；
研究光经过球面的反射和折射，是 研究一般光学系统成像的基础。
一、基本概念
球面的中心点O称为顶点； 球面的球心C称为曲率中心； 球面的半径称为曲率半径； 连接顶点和曲率中心的直线CO称为主轴；
通过主轴的平面称为主截面；
主轴对于所有的主截面具有对称性，因 而只须讨论一个主截面内光线的反射 和折射。
省略一套公式.
光学教程-第一章总结PPT课件
光在垂直入射（i =0）或者掠入射（i =90°）的情况下，如果光是从光疏媒 质传向光密媒质，在其分界面上反射时将发生半波损失。 折射波无半波损失
n1 n2
n2 n1 或者 n2 n1 有半波损失
n1
n1 n2
nn13
n2 n2
或者
nn13
n2 n2
有半波损失
n3
n3 n2 n1 或者 n3 n2 n1
两个同振动方向同频率的振动叠加
E1 A1 cos(t-k1r1 1) E2 A2 cos(t-k2r2 2 )
1 = k1r1 1 2 = k2r2 2
干涉相长
2
1
k1r1
k2r2 =
2 0
n1r1
2 0
n2r2
2
j
( j 0,1, 2L )
光程差
n1r1
n2r2
2
j
0
2
( j 0,1, 2L )
干涉相消
2
1
k1r1
k2r2 =
2 0
n1r1
2 0
n2r2
（2
j+1）
( j 0,1, 2L )
光程差
n1r1
n2r2
（.2
j +1）0
2
( j 0,1, 2L ) 1
等倾干涉
n2 n1
1
L 2
P
i1 D
3
M1 n1 n2
Ai 2 i
C
d
M2 n1
2
B
E
45
光程差
0 2d0
n22 n12 sin2 2d0n2 cos i2
等倾干涉 .
等厚干涉 6
n1 n2
n2 n1 或者 n2 n1 有半波损失
n1
n1 n2
nn13
n2 n2
或者
nn13
n2 n2
有半波损失
n3
n3 n2 n1 或者 n3 n2 n1
两个同振动方向同频率的振动叠加
E1 A1 cos(t-k1r1 1) E2 A2 cos(t-k2r2 2 )
1 = k1r1 1 2 = k2r2 2
干涉相长
2
1
k1r1
k2r2 =
2 0
n1r1
2 0
n2r2
2
j
( j 0,1, 2L )
光程差
n1r1
n2r2
2
j
0
2
( j 0,1, 2L )
干涉相消
2
1
k1r1
k2r2 =
2 0
n1r1
2 0
n2r2
（2
j+1）
( j 0,1, 2L )
光程差
n1r1
n2r2
（.2
j +1）0
2
( j 0,1, 2L ) 1
等倾干涉
n2 n1
1
L 2
P
i1 D
3
M1 n1 n2
Ai 2 i
C
d
M2 n1
2
B
E
45
光程差
0 2d0
n22 n12 sin2 2d0n2 cos i2
等倾干涉 .
等厚干涉 6
基础光学第1章几何光学1课件
2）透射次波
当入射光n从An入射至Bn 反射次波面：A1C1 = v1tn , B2C2 = v1 (tn - t2), ……, Bn , 波面为C1Bn。 透射次波面：A1D1 = v2tn , B2D2 = v2 (tn - t2), ……, Bn ,波面为D1Bn。
利用惠更斯原理解释 反射和折射定律：
1.1几何光学的基本概念和基本定律
1.1-1 光源、光波与光线的概念
光源：能够发光或能够辐射光能量的物体
光线：发光点发出的携带能量并具有方向的几何线，它的位 置和方向代表了光能向外传播的领域和方向。
光束：光线的集合体，分为平行光束、同心光束
1.1-2 光线传播的基本定律
光的直线传播定律:
光在均匀媒质中沿直线传播。
惠更斯 （1629～1695）
波动的几个基本概念
波动是扰动在空间里的传播 波面
光扰动同时到达的空间曲面称为波面。 波面上的各点具有相同的相位（等相位面）
波线
球面波
平面波
波线
波面
波场中的一组线，线上每点切线方向代表该点处光扰动传播的方向。
波线代表能量流动的方向，于波面正交。
球面波的波线构成同心波束，平面波的波线构成平行波束；
折射定律
折射率与光速比
由： sin i1 n2 sin i2 n1
sin i1 v1 sin i2 v2
得到： n2 v1
n1
v2
设入射方为真空，n1 = 1，v1 = c 。则媒质的绝对折射率为：
n c v
或：
v
c
n
光在媒质中的速度小于光在真空中的速度
1.3 费马原理
1.3-1 光程的概念
光的独立传播定律:
光学教程-总结ppt课件
U f2
f 2
聚光本领
物镜的聚光本领是描述物镜聚集光通量能力的物理量，可以 用象面的照度来量度。
分辨本领
瑞利判据：总照度分布曲线中央有下凹部分，其对应强度不超过每 一分布曲线最大值的74%，当一个中央亮斑的最大值位置恰和另一个中 央亮斑的最小值位置相重合时，两个像点刚好能被分辨。
36
第四章 光学仪器的基本原理
32
第三章 几何光学基本原理
球面折射对光束单心性的破坏
n
l P
A
n
l P
Or C
s
s
B
近轴光线条件下球面折射的物像公式
n n n n s s r
33
第三章 几何光学基本原理
横向放大率
在近轴光线和近轴物
Q
的条件下，垂直于主轴的 y
物所成的像仍然是垂直于
P
O
主轴的，像的横向大小与 物的大小之比值为横向放
棱镜
棱镜是一种常见的光学元件，它的主要用途有两种：作为色散 元件和利用光的棱镜内的全反射来改变光束的方向，即转向元件。
棱镜材料的折射率为：
n
sin i1
sin
0
2
A
sin i2
sin A
2
30
第三章 几何光学基本原理
符号法则
球面的中心点O称为顶 点，球面的球心C称为 曲率中心，球面的半径 称为曲率半径，连接顶 点和曲率中心的直线CO 称为主轴，通过主轴的 平面称为主平面。主轴 对于所有主平面具有对 称性。
u
sin2 N(d sin
sin2(d sin )
)
I0
s in 2 u2
u
sin2 Nv sin2 v
《光学教程》第五版姚启钧第一章几何光学PPT课件
新 笛 卡 儿 符 号 法 则
以主轴转向考虑的光线 顺时针为正 逆时针为负
｛Leabharlann (4) 全正图形 图中标记的是线段或角度的绝对值（如上)
二、傍轴条件下单球面折射的物象公式
二. 费马原理
A
B
dl=nds
L n ds
A
B
光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值。 也就是说，光沿光程为最小值、最大值或恒定值的路程传播。 这就称为费马原理。
公式：
L n ds =极值（最大、最小或稳定值）
A
B
三. 应用举例
由费马原理可以直接推出直线传播定律以及反射和折射定律。 • 最小光程 • 恒定值 • 最大光程 反射定律
P’
·
同心光束
2. 折射
例1：处于液体中深度为y处有一点光源P,作PO垂直于液面，试 求射出液面折射线的延长线与PO交点P′的深度y′与入射角的 关系
n2 n1
y
o
i2 y' i1
y y
P
· P’ ·
y
tgi1 sin i1 cosi2 y tgi2 sin i2 cosi1
yn2 1 (
*共轭关系 由光路可逆原理，光线方向逆转，物像互换。 物像一一对应 物像共轭 物像互换（光线逆转） 入射光线、出射光线一一对应 光线共轭 入射光线、出射光线互换 （光线逆转）
*物像间所有光线光程相等
1.5 单球面上的傍轴成像
一、符号法则
y
P
1. 几个基本物理量
主
n1
n2
╭ u'
•
-u ╮
-p
O
P’ •
二. 几何光学的基本定律
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10
1.1.4 干涉现象是波动的特征
在对光的研究和观察中，人们发现了在 光传播过程中，光具有携带能量传播的本领。 波动在传递能量时，能量以振动的形式在物 质中依次转移，物质本身并不随波动而移动； 微粒要传递能量就必须移动微粒本身，也就 是微粒和能量一起移动。波动和微粒传递能 量的主要区别在于：波动是物质不动，微粒 则物质必须移动，但是仅从能量的传递还不 能确定光时波动还是微粒的，还必须寻找更 多的证据来说明光的波动性或微粒性。
强度相加而成，其实不是。从推导过程看，
最后的合振动都是从振幅平方的瞬时相加，
最后求平均而成的。这两者是完全不同的，
应加以注意。
19
（3）结论 1）相干
当相位差仅随空间各点位置变化时， 合振动的强度就会随空间各点作周期变化， 使得有些点加强，有些点减弱。这样，空 间就显示出干涉花样，发生了干涉现象。
14
2、合振动的强度
IA210A2d t10
A2A22AAcosd
1
2
12
2
1
A12A222A1A210cos21dt
（1）:
= 常数，则：
2
1
10 co 2s1d tco 2s1
I
A2
A2 1
A2 2
2A1 A2cos
2
1
15
1) 相位相同
2
1
2
j
,
j 0, 1, 2, 3,
cos2
1
1
I
A2 1
A2 2
2 A1 A2
A1 A2
2
— —干涉相长
或加强
2) 相位相反
2j1, j0,1,2,3 , co s1
21
1.1.4 干涉现象是波动的特征
在对光的研究和观察中，人们发现了在 光传播过程中，光具有携带能量传播的本领。 波动在传递能量时，能量以振动的形式在物 质中依次转移，物质本身并不随波动而移动； 微粒要传递能量就必须移动微粒本身，也就 是微粒和能量一起移动。波动和微粒传递能 量的主要区别在于：波动是物质不动，微粒 则物质必须移动，但是仅从能量的传递还不 能确定光时波动还是微粒的，还必须寻找更 多的证据来说明光的波动性或微粒性。
强度相加而成，其实不是。从推导过程看，
最后的合振动都是从振幅平方的瞬时相加，
最后求平均而成的。这两者是完全不同的，
应加以注意。
19
（3）结论 1）相干
当相位差仅随空间各点位置变化时， 合振动的强度就会随空间各点作周期变化， 使得有些点加强，有些点减弱。这样，空 间就显示出干涉花样，发生了干涉现象。
14
2、合振动的强度
IA210A2d t10
A2A22AAcosd
1
2
12
2
1
A12A222A1A210cos21dt
（1）:
= 常数，则：
2
1
10 co 2s1d tco 2s1
I
A2
A2 1
A2 2
2A1 A2cos
2
1
15
1) 相位相同
2
1
2
j
,
j 0, 1, 2, 3,
cos2
1
1
I
A2 1
A2 2
2 A1 A2
A1 A2
2
— —干涉相长
或加强
2) 相位相反
2j1, j0,1,2,3 , co s1
21
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7．了解四个菲涅耳公式的表达式及它们所描述的物理内容 ．
内容分析：
第一单元（§1～§6）：关于光的波动本质的一 些重要实验证据及解释。
四、量子光学时期：十九世纪末至二十世纪初
1、主要工作： 发现经典电磁理论在研究光与物质的相互作用时的缺点， 建立了光的量子理 论， 园满解释了黑体辐射、光电效应和康普顿效应现象；提出了光的波粒二 象性。 2、代表人物和成就：
A、普朗克（M.K.Planck）：提出了辐射的量子理论，园满解释 了黑体辐射，开创了量子光学时期。
主要内容
通过光的干涉现象和实验事实来揭示光的波动本性,电磁理论 是波动光学的基础.明确光波不是机械波,而人们所观察的光强 主要是电场强度,而不是磁场强度.并介绍几个典型的干涉装置 和几个重要概念。
教学目的：
1．深入理解两个光波的非相干叠加和相干叠加．深入理解 相干条件和光 的干涉定义． 2．牢固掌握杨氏双光束不定域分波前干涉装置的干涉光强 分布的各种规 律，包括干涉条纹间距和条纹形状等等．
第一章 光的干涉
波动光学是研究光波动性(干涉、衍射、偏振)的光学分 支．光的电磁理论是波动光学的理论基础．本章主要阐明光 波的电磁性质，光波的数学描述，光在两种透明介质界面上 的反射、折射行为，以及光振幅的分配，偏振态的变化，光 能流、光强的分配，位相跃变等规律，并进而研究半波损失 及介质膜干涉中的附加位相差等问题．
整个十八世纪，牛顿微粒学说占据着统治地位，同时惠更斯波动 理论的提出和相继出现的干涉、衍射和偏振现象对微粒学说提出 了挑战，两种理论各自发展，同时又相互斗争，从而形成了从几 何光学向波动光学的过渡时期。
三、波动光学时期：十九世纪初至十九世纪末
1、主要工作：
建立了光的波动理论， 园满解释了光的干涉、衍射和偏振现象；通过 迈克尔逊干涉仪否定了“以太”的存在；提出并证实了光的本质就是电磁
3．彻底掌握薄膜分振幅等倾干涉的条纹形状、光强分布规 律、定域问题 及其应用．
4．彻底掌握薄膜分振幅等厚干涉的条纹形状、光强分布规 律、定域 问题及其应用．
5．掌握迈克耳孙干涉仪的结构特点，改变间隔d时的干涉 条纹变化以 及干涉仪的应用．
6．了解干涉场可见度的定义，以及光波场的空间相干性和 时间相干性 对于干涉可见度的影响．
2、波代表人物和成就：
A、惠更斯：光的波动理论的创始人，提出了“光是‘以太’中传播的波 动” 理论和次波假设（惠更斯原理）。并园满解释了反射、折射定律和双折射现象。
B、杨氏（T.Young）：最先利用干涉原理解释了白光下的薄膜颜色，设计并 完成了著名的杨氏双缝干涉实验，并第一次成功地测定了光的波长。提出了 光是横波的假设。
B、爱因斯坦（A.Einstein）：提出了光量子理论，建立了爱因斯 坦光电效应方程，园满解释了光电效应现象；提出了光的波粒二 象性；建立了狭义相对论并独立否定了“以太”的存在。 五、现代光学时期：二十世纪六十年代至今
自1960年梅曼制成第一台红宝石激光器，光学进入了新的发 展阶段，激光物理、激光技术、全息摄影术、光纤的应用、光计 算机的设想、红外波段的应用、……使光学理论普遍进入人们的 生产和生活中，并以崭新的面貌出现，同时，光学与其它学科紧 密结合、相互渗透，形成了新的边缘学科，使其成为现代物理学 和现代科学技术的一块重要前沿阵地。
二、几何光学时期：十六世纪中叶至十八世纪初
1、主要工作：
几何光学时期是光学发展的转折点，系统研究了光现象和光学仪器， 建立了直线传播定律、反射定律、折射定律；提出了费马原理、光程、光 强、颜色等概念，并观察了棱镜光谱等较复杂的光现象，建立、巩固和发 展了牛顿微粒学说。同时，波动理论开始盟芽。
2、代表人物和成就：
⑶描述针孔成象实验，说明光传播的直线性
⑷说明光有反射性 ⑸由物与光源的关系确定 影的大小⑹、⑺、⑻分别描述了平面镜、凹球 面镜、凸球面镜中物与象的关系。
B、欧几里德：（公元前328—公元前385年），在其 著作 《光学》一书中提出 触须学说：如下图所示
⑴正确反映了光的直线传播规律 ⑵错误：人眼能发出光线
▲ 研究方法
分析、抽象、综合
观察和实验
提出假设，形成理论
接受实践检验、完善理论
1． 光学的研究内容及分支 内容：
光的传播-----反射、折射、衍射、干涉、偏振等； 与物质的相互作用-----色散、散射等其它光的作用；
分支：
量子光学
几何光学
非线性光学
一、萌芽时期：远古至十六世纪初
1 、主要工作：
对简单光现象进行了记载并做了不系统的研究。制造了简
单的光学仪器（如平面镜、凸面镜、凹面镜、透镜、眼镜、暗
箱和简单幻灯机)。 2、代表人物及成就： A、墨翟：（公元前400—公元前470年）在他和其弟 子所著的 《墨经》中，对光现象有八条定性记载：
景倒， 与影的关系
0、绪 论
§0-1 光学的研究内容和方法
光学是一门古老而又年轻、极具生命活力的物理学科， 具有强大的生命力和不可估量的发展前途。
▲ 研究内容 1、光的发射、传播和吸收的规律。 ２、光和物质的相互作用，包括吸收、散射、色散、光的 机械作用、光的热效应、光的电效应、光的化学效应、光 的生理效应等。
３、光的本质的研究 内容可分为几何光学、波动光学、量子光学、现代光学 。
A、费马：提出了几何光学的基本原理—费马原理，由它可导出 直线传播定律、反射定律、折射定律和面镜、透镜成象规律。
B、牛顿：建立了光是微粒流的微粒学说,进行了白光通过棱镜的 实验,提出了光谱、光强、颜色等概念,观察并研究了牛顿环。
C、琼森和李普塞：发明并制造了世界上第一台望远镜。
D、冯特纳：发明并制造了世界上第一台显微镜。
C、菲涅耳（A.J.Fresnel）：利用杨氏干涉原理补充惠更斯原理而提出了惠更 斯-菲涅耳原理，园满解释了光的直线传播定律和衍射现象。建立了菲涅耳 公式。
D、马吕斯（E.L.Malus）：发现了光的偏振现象，建立了马吕斯定律，研究 了偏振光的干涉。
E、迈克尔逊（A.A.Micheson）：设计了迈克尔逊干涉仪，并用其否定了“以 太”的存在，结合麦克斯韦电磁场方程组提出了光的电磁理论。
内容分析：
第一单元（§1～§6）：关于光的波动本质的一 些重要实验证据及解释。
四、量子光学时期：十九世纪末至二十世纪初
1、主要工作： 发现经典电磁理论在研究光与物质的相互作用时的缺点， 建立了光的量子理 论， 园满解释了黑体辐射、光电效应和康普顿效应现象；提出了光的波粒二 象性。 2、代表人物和成就：
A、普朗克（M.K.Planck）：提出了辐射的量子理论，园满解释 了黑体辐射，开创了量子光学时期。
主要内容
通过光的干涉现象和实验事实来揭示光的波动本性,电磁理论 是波动光学的基础.明确光波不是机械波,而人们所观察的光强 主要是电场强度,而不是磁场强度.并介绍几个典型的干涉装置 和几个重要概念。
教学目的：
1．深入理解两个光波的非相干叠加和相干叠加．深入理解 相干条件和光 的干涉定义． 2．牢固掌握杨氏双光束不定域分波前干涉装置的干涉光强 分布的各种规 律，包括干涉条纹间距和条纹形状等等．
第一章 光的干涉
波动光学是研究光波动性(干涉、衍射、偏振)的光学分 支．光的电磁理论是波动光学的理论基础．本章主要阐明光 波的电磁性质，光波的数学描述，光在两种透明介质界面上 的反射、折射行为，以及光振幅的分配，偏振态的变化，光 能流、光强的分配，位相跃变等规律，并进而研究半波损失 及介质膜干涉中的附加位相差等问题．
整个十八世纪，牛顿微粒学说占据着统治地位，同时惠更斯波动 理论的提出和相继出现的干涉、衍射和偏振现象对微粒学说提出 了挑战，两种理论各自发展，同时又相互斗争，从而形成了从几 何光学向波动光学的过渡时期。
三、波动光学时期：十九世纪初至十九世纪末
1、主要工作：
建立了光的波动理论， 园满解释了光的干涉、衍射和偏振现象；通过 迈克尔逊干涉仪否定了“以太”的存在；提出并证实了光的本质就是电磁
3．彻底掌握薄膜分振幅等倾干涉的条纹形状、光强分布规 律、定域问题 及其应用．
4．彻底掌握薄膜分振幅等厚干涉的条纹形状、光强分布规 律、定域 问题及其应用．
5．掌握迈克耳孙干涉仪的结构特点，改变间隔d时的干涉 条纹变化以 及干涉仪的应用．
6．了解干涉场可见度的定义，以及光波场的空间相干性和 时间相干性 对于干涉可见度的影响．
2、波代表人物和成就：
A、惠更斯：光的波动理论的创始人，提出了“光是‘以太’中传播的波 动” 理论和次波假设（惠更斯原理）。并园满解释了反射、折射定律和双折射现象。
B、杨氏（T.Young）：最先利用干涉原理解释了白光下的薄膜颜色，设计并 完成了著名的杨氏双缝干涉实验，并第一次成功地测定了光的波长。提出了 光是横波的假设。
B、爱因斯坦（A.Einstein）：提出了光量子理论，建立了爱因斯 坦光电效应方程，园满解释了光电效应现象；提出了光的波粒二 象性；建立了狭义相对论并独立否定了“以太”的存在。 五、现代光学时期：二十世纪六十年代至今
自1960年梅曼制成第一台红宝石激光器，光学进入了新的发 展阶段，激光物理、激光技术、全息摄影术、光纤的应用、光计 算机的设想、红外波段的应用、……使光学理论普遍进入人们的 生产和生活中，并以崭新的面貌出现，同时，光学与其它学科紧 密结合、相互渗透，形成了新的边缘学科，使其成为现代物理学 和现代科学技术的一块重要前沿阵地。
二、几何光学时期：十六世纪中叶至十八世纪初
1、主要工作：
几何光学时期是光学发展的转折点，系统研究了光现象和光学仪器， 建立了直线传播定律、反射定律、折射定律；提出了费马原理、光程、光 强、颜色等概念，并观察了棱镜光谱等较复杂的光现象，建立、巩固和发 展了牛顿微粒学说。同时，波动理论开始盟芽。
2、代表人物和成就：
⑶描述针孔成象实验，说明光传播的直线性
⑷说明光有反射性 ⑸由物与光源的关系确定 影的大小⑹、⑺、⑻分别描述了平面镜、凹球 面镜、凸球面镜中物与象的关系。
B、欧几里德：（公元前328—公元前385年），在其 著作 《光学》一书中提出 触须学说：如下图所示
⑴正确反映了光的直线传播规律 ⑵错误：人眼能发出光线
▲ 研究方法
分析、抽象、综合
观察和实验
提出假设，形成理论
接受实践检验、完善理论
1． 光学的研究内容及分支 内容：
光的传播-----反射、折射、衍射、干涉、偏振等； 与物质的相互作用-----色散、散射等其它光的作用；
分支：
量子光学
几何光学
非线性光学
一、萌芽时期：远古至十六世纪初
1 、主要工作：
对简单光现象进行了记载并做了不系统的研究。制造了简
单的光学仪器（如平面镜、凸面镜、凹面镜、透镜、眼镜、暗
箱和简单幻灯机)。 2、代表人物及成就： A、墨翟：（公元前400—公元前470年）在他和其弟 子所著的 《墨经》中，对光现象有八条定性记载：
景倒， 与影的关系
0、绪 论
§0-1 光学的研究内容和方法
光学是一门古老而又年轻、极具生命活力的物理学科， 具有强大的生命力和不可估量的发展前途。
▲ 研究内容 1、光的发射、传播和吸收的规律。 ２、光和物质的相互作用，包括吸收、散射、色散、光的 机械作用、光的热效应、光的电效应、光的化学效应、光 的生理效应等。
３、光的本质的研究 内容可分为几何光学、波动光学、量子光学、现代光学 。
A、费马：提出了几何光学的基本原理—费马原理，由它可导出 直线传播定律、反射定律、折射定律和面镜、透镜成象规律。
B、牛顿：建立了光是微粒流的微粒学说,进行了白光通过棱镜的 实验,提出了光谱、光强、颜色等概念,观察并研究了牛顿环。
C、琼森和李普塞：发明并制造了世界上第一台望远镜。
D、冯特纳：发明并制造了世界上第一台显微镜。
C、菲涅耳（A.J.Fresnel）：利用杨氏干涉原理补充惠更斯原理而提出了惠更 斯-菲涅耳原理，园满解释了光的直线传播定律和衍射现象。建立了菲涅耳 公式。
D、马吕斯（E.L.Malus）：发现了光的偏振现象，建立了马吕斯定律，研究 了偏振光的干涉。
E、迈克尔逊（A.A.Micheson）：设计了迈克尔逊干涉仪，并用其否定了“以 太”的存在，结合麦克斯韦电磁场方程组提出了光的电磁理论。