《光学》全套课件 PPT

红 橙 黄 绿 青 蓝 紫
760nm~630nm 630nm~590nm 590nm~570nm 570nm~500nm 500nm~460nm 460nm~430nm 430nm~400nm
光在不同媒质中传播时，频率不变，波 长和传播速度变小。 折射率 n = c = ε μ r r
u
λ0 c u = ,λ = n n
培根（1214～1294年）
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。
四、量子光学时期
• 光的电磁理论不能解释黑体辐射能量按波长的分布和 1887年赫兹发现的光电效应 • 1900年普朗克提出辐射的量子理论 • 1905年爱因斯坦提出光量子假说；1923年康普顿和吴有 训用实验证实了光的量子性。至此，人们认识到光具有 波粒二象性。
爱因斯坦
五、现代光学时期
•1960 年，梅曼制成了红宝石激光器，激发的问世，使 古老的光学焕发了青春，光学与许多科学技术领域相互 渗透，相互结合，派生出许多崭新的分支。主要包括： 激光、全息照相术、光学纤维、红外技术。激发、原子 能、半导体、电子计算机被称作当代四大光明。
•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
三、波动光学时期
• 1801年，托马斯· 杨做出了光的双缝干涉实验 • 1808年，马吕发现了光在两种介质界面上反射时的偏振性。
托马斯· 杨
惠更斯
牛顿
• 1815年，菲涅耳提出了惠更斯——菲涅耳原理 • 1845年，法拉弟发现了光的振动面在强磁场中的旋转，揭 示了光现象和电磁现象的内在联系。 • 1865年，麦克斯韦提出，光波就是一种电磁波 通过以上研究，人们确信光是一种波动。
•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
特点：
沈括（1031Fra Baidu bibliotek1095年）
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧 几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识 —— 从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
§1-2 光源
一、光源
光的相干性
1、光源的发光机理
光源的最基本发光单元是分子、原子
E2 能级跃迁辐射 波列
τ <10
8
E1
= (E2-E1)/h
波列长L = c • 发光的随机性
普通光源：自发辐射 • 发光的间隙性
· ·
r 平面简谐电磁波 E ( r, t ) E0 cos (t ) u r H ( r, t ) H 0 cos (t ) u
1、任一给定点上的E和H同时存在，同频率、同相位并以同 一速度传播； 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
[美]机载激光系统
•近年又产生了付立叶光学和非线性光学。 •付立叶光学：将数学中的付立叶变换和通讯中的线性系 统理论引入光学。
§1-1 光的电磁理论
一、光的电磁理论 按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场会产生变化 的磁场，这个变化的磁场又产生变化的电场，这样变化 的电场和变化的磁场不断地相互激发并由近及远地传播 形成电磁波。
• 克莱门德（公元 50 年）和托勒玫（公元 90 ～ 168 年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。 • 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。 • 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元 965 ～ 1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
《光
绪 论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第七章
学》
光的干涉 光的衍射 几何光学的基本原理 光学仪器的基本原理 光的偏振 光的量子性
绪
一、光学的重要性
二、光学的研究内容
论
§0-1 光学的研究内容和方法
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题 4、光在生产和社会生活中的应用
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 1 8 1 1 c = ≈ 3 × 10 [ m s ] 在真空中u= u= εμ
εμ
0 0
2 5、电磁波的能量 S = E ×H , I = E0
1 2
二、光是电磁波
光是电磁波，把电磁波按波长或频率的次序排列成谱，称为 电磁波谱。可见光是一种波长很短的电磁波，其波长范围为 400nm~760nm频率范围为7.51014Hz~3.9 1014Hz，它是能引起视 觉的电磁波。在真空中，光的不同波长范围与人眼不同颜色感觉 之间的对应关系如下