第一章 光学导论new

《第一章 光学导论new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、满眼生机转化钧，满眼生机转化钧，天工人巧日争新。天工人巧日争新。预支五百年新意，预支五百年新意，过了千年又觉陈。过了千年又觉陈。虽然大器晚年成，虽然大器晚年成，卓荦全凭弱冠争。卓荦全凭弱冠争。多识前言畜其德，多识前言畜其德，莫抛心力贸才名。莫抛心力贸才名。1王发强王发强Fq_wang@163.com信息光电子科技学院信息光电子科技学院华南师范大学华南师范大学2�介绍课程参考书：•物理光学与应用光学，石顺祥等，西安电子科技大学出版社，2002•光学，王楚，汤俊雄，北京大学出版社，2001•光学，赵凯华，钟锡

2、华，北京大学出版社，1984th•PrinciplesofOptics(7edition)，M.Born，E.Wolf，世界图书出版社，20013课程要求课程要求•课堂笔记•平时作业•考试成绩•严肃纪律4电磁波辐射是以两个互相耦合的波矢量方式来传递的，一个是电场波，一个是磁场波。波动光学理论近似于电磁理论，它只说明了光是一个具有时间和位置的标量函数（波函数）。几何光学是在短波长范围的更进一步简化，因此，可以认为电磁光学包含了波动光学，而波动光学又包含了几何光学。量子光学的理论几乎可以解释所有光学现象，比电

3、磁光学更具一般性。全量子理论可以解释经典或半经典所不能解释的自发辐射、光子统计和激光线宽等问题。量子光学电磁光学波动光学几何光学5在研究光与介质（一般为二能级的原子模型）的相互作用时，有如下几种处理方法：经典方法:麦克斯韦方程描述场+用经典电磁学方法处理原子与光场的相互作用。半经典方法：麦克斯韦方程描述场+量子力学方法处理原子与光场的相互作用。（如最常用的Maxwell-Blocth方程）。全量子方法：场进行量子化+原子在场中的行为也用量子力学方法处理（Janes-Cummings模型）。6光学总论§光学

4、史光学是人们对光进行研究和应用的科学。首先，它是一门古老的学科。早在4000年前的古埃及和约3000年前的中国，人们就有利用光学现象的先例。如铜镜、凹面镜取火（《周礼·考工记》，周朝）等。到了公园前400年，我国出现了有关针孔成像（《墨经》，先秦。“景到（倒），在午有端，与景长，说在端。"）、平面镜和球面镜（《梦溪笔谈》，宋朝）等早期光学实验记录。今天光学教科书的传统内容已十分丰富。7其次，它又是一门朝阳学科。自1960年激光问世以来，光学渗透到了各个领域，并出现了交叉分支。人们对光学的科学研究集中在光的

5、本质、光的传播以及与物质的相互作用方面。对于光究竟是什么，直到17世纪才形成两种看法各异的观点――微粒说和波动说。8�微粒说的代表人物是笛卡尔（R.Descartes）和牛顿（I.Newton）。�其认为发光物体都发射光微粒，这些微粒可在真空或透明介质中以巨大速度沿直线运动。�微粒说可解释光的直线传播、光的反射现象，亦可勉强解释光的折射。但对实验中相继发现的大量光的干涉、衍射和偏振现象却无法解释。9�波动说是有胡克（R.Hooke）和惠更斯（C.Huygens）提出的。�其认为光是一种波动，光的传播不是微

6、粒的运动，而是运动能量按波的形式迁移的过程。�波动说能更简单地解释光的反射、折射现象。�遗憾的是由于把光现象看成某种机械运动过程，认为光是一种弹性波，因而必须臆想一种特殊的弹性介质（以太）充满空间，这种介质应密度极小和弹性模量极大。这些均无法实验验证。10�加之当时出于牛顿在力学方面的巨大贡献，因此对波动说几乎无人相信。�直到19世纪初，由于杨氏（T.Young）、菲涅尔（A.J.Fresnel）等一批科学家的不懈努力，令人信服地用波动说解释了光的干涉、衍射和偏振现象，波动理论的地位才被确立。11�在光学

7、发展过程中，曾出现过令物理学家大为困惑的，极力寻找和证实的物质――以太(ether)。既然光是一种波，那么，它赖以传播的介质是什么？�这个问题直到19世纪末随着洛伦兹（H.A.Lorentz）创立电子论及随后的场论，才使以太论最终抛弃。12�至此，人们以为最终认识了光的本质。�然而本世纪初，在解释黑体辐射、光电效应及康普顿散射等现象时，波动说却无能为力。�1905年，爱因斯坦（A.Einstein）重新提出光的粒子性概念――光子，从而解决了以上的问题。13�光有粒子性和波动性双重性质――波粒二相性，不同场

8、合表现出的属性不同。�60年代，由于激光的发明，使得人们在光通讯、全息术、非线性光学、光信息处理等方面能大显身手。14第十章光的电磁理论基础�光的本质�光的电磁理论的建立�麦克斯韦（Maxwell）�赫兹（Hertz）�光在电磁波中的位置15Theelectromagneticspectrum16第一节光的电磁性质一、麦克斯韦方程组（Maxwell’sequation）1、静电场和稳恒电流磁场的基本规律高斯定理：∫∫SD•ds