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1、光学绪论教材:<<光学教程>>姚启均教学时数:64学时课程性质:学位课考核方式:闭卷考试辅导时间:第13—18周的双周二下午14:00-16:00辅导地点:教D楼293室联系方式：zhai.x.j@163.com13891960209讲述提纲一、光学的科学体系二、对光学现象的发现与认识三、对光本性的认识，波动光学的发展史四、本课程的任务与要求一、光学的科学体系光学：是研究光的本性,光的传播以及它和物质相互作用的学科。1.几何光学：基于“光线”的概念讨论光的传播规律。2.波动光学：研究光的波动性（干涉、衍射、偏振）的学科。3.量子光学：研究光与物质的相互作用的问题。4.现代光学：20世纪后半期
2、发展起来的很庞大的体系。光学理论体系几何光学反射、折射、透镜经典光学波动光学干涉、衍射、偏振光学量子光学光的发射、吸收、相互作用激光原理及应用傅立叶光学、全息光学现代光学激光光谱学非线性光学1.几何光学从理论上说，几何光学三个基本定律（直线传播，折射、反射定律）,是费马原理的必然结果,也是光波衍射规律的短波近似。它们在方法上是几何的，在物理上不涉及光的本质。几何光学主要是从直线传播，折射、反射定律等实验定律出发，讨论成像等特殊类型的传播问题。2.波动光学研究光的波动性（干涉、衍射、偏振）以及用波动理论对光与物质相互作用进行描述的学科。基本问题：在各种条件下的传播问题。基本原理：惠更斯-菲涅耳
3、原理。波前：原为等相面，现泛指波场中的任一曲面，更多的是指一个平面。主线：如何描述、识别、分解、改造、记录和再现波前，构成了波动光学的主线3.量子光学把光视为一个个分立的粒子,它主要用于分析辐射、光发射以及某些在物质的微观结构起重要作用时光与物质的相互作用现象。在这领域内有时可用经典理论，有时需用量子理论。对于这类原不属于传统光学的内容，有人冠之以“分子光学”或“量子光学”等名称，也有人把它们仍归于物理光学之内。4.近代光学1948年全息术的提出，1955年光学传递函数的建立，1960年激光的诞生为其发展中的三件大事。薄膜光学的建立，源于光学薄膜的研究和薄膜技术的发展；傅立叶光学的建立源于数
4、学、通讯理论和光的衍射的结合；它利用系统概念和频谱语言来描述光学变换过程，形成了光学信息处理的内容．集成光学源于将集成电路的概念和方法引入光学领域；非线性光学源于高强度激光的出现、它研究当介质已不满足线性叠加原理时所产生的一些新现象，如倍频,混频,自聚焦等;对光导纤维的研究形成了纤维光学或导波光学;导波光学,电子学和通讯理论的结合使得光通信得到迅速发展和应用,成为人类在20世纪最重要的科技成就;非线性光学,信息光学及集成光学等理论与技术的结合可能会导致新一代计算机—光计算机的诞生.据预测它将部分实现人脑的功能(如学习和联想)1.几何光学规律的发现公元前4世纪：“墨经”记述了光的直线传播、阴影
5、形成、光的反射和凹凸面镜反射成像等规律。公元前3世纪：古希腊欧几里德Euclid也发现了光的直线传播和镜面反射定律公元17世纪前期：荷兰的斯涅耳（W.Snell）从实验上发现了折射定理,而法国的笛卡儿（R.Descartes）第一个把它表示为现代的正弦形式;1657年费马(P.deFermat)提出了著名的费马原理.二、对光学现象的发现与认识2.波动光学现象的发现17世纪：50年代，意大利的格里马第（F.M.Grimaldi）首次详细地描述了衍射现象；英国的胡克（R.Hooke）和玻依耳(R.Boyle)各自独立地发现了现称为“牛顿环”的在白光下薄膜的彩色干涉图样;牛顿（I.Newton）进
6、行了棱镜分光实验,并分析了“牛顿环”的生成及色序问题。60年代，丹麦的巴塞林那斯（E.Bartholinus）发现了双折射现象。70年代荷兰的惠更斯（C.Huygens）进一步发现了光的偏振现象。1.17世纪中叶至19世纪的认识人类对光本性的认真探讨始于17世纪，主要有两个对立的学说——光的波动说和微粒说微粒说的内容、贡献、存在的主要问题。微粒说认为光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒流;直接说明了光的直线传播定律,并能对光的反射,折射作一定的解释;用微粒说研究光的折射定律时,得出了光在水中的速度比空气中大的结论.三、对光本性的认识，波动光学的发展史2.17世纪中叶至19世纪的认识波动说的内容、
7、贡献、存在的主要问题。胡克明确主张光由振动组成,每一振动产生一个球面并以高速向外传播,此为波动说的发端;1690年惠更斯在其著作<<论光>>中提出光是在一种特殊弹性媒质中传播的机械纵波.19世纪初,托马斯.扬和菲涅耳等人的工作将波动说大大推向前进,解释了光的干涉和衍射现象,根据光的偏振现象确认光为横波;用波动说研究光的折射定律时,得出了光在水中的速度比空气中小的结论,并于1862年被傅科的实验所证实.特殊弹性
