緒論2014.9.17

1、 光光 學學 門艷彬門艷彬郵箱：郵箱：密碼：密碼：opticsoptics趙凱華 鐘錫華光學 北京大學出版社 1984年1月第一版 上、下冊 53萬字鐘錫華現代光學基礎 北京大學出版社 2003年9月第一版，70萬字趙凱華光學 高等教育出版社 2004年11月第一版 50萬字 崔宏濱 李永平 段開敏 光學科學出版社 2008年7月第一版39.8萬字Born & Wolf 7th Edition 有中譯本5. 5. 幾何光學的基本原理幾何光學的基本原理2. 2. 光的干涉光的干涉3. 3. 光的衍射光的衍射6. 6. 光學儀器的基本原理光學儀器的基本原理8. 8. 光的量子性光的量子性

2、1. 1. 緒緒 論論4. 4. 光的偏振光的偏振7. 7. 光的吸收、散射和色散光的吸收、散射和色散緒緒 論論1. 光學：是普通物理學的一個重要組成部分，是研光學：是普通物理學的一個重要組成部分，是研究究光的本性光的本性、光的傳播光的傳播和和光與物質相互作用光與物質相互作用的基礎的基礎學科。學科。2.光學光學 研究研究 內容：內容：光的發(fā)射、傳播和接收等規(guī)律光的發(fā)射、傳播和接收等規(guī)律光和物質的相互作用（如：光的吸收、光和物質的相互作用（如：光的吸收、散射和色散、光電效應等）散射和色散、光電效應等）光的本性光的本性9143.97.7 10 Hz A、墨翟：（公元前400公元前470年）， 在他

3、和其弟子所著的 墨經中，對光現象有八條定性記載： 描述了影的定義與形成影的定義與形成 說明光與影的關系明光與影的關系 景倒一、萌芽時期： 公元前500年1550年前后 對簡單光現象進行了記載并做了不系統的研究。制造了簡單的光學儀器（如平面鏡、凸面鏡、凹面鏡、透鏡、眼鏡、暗箱和簡單幻燈機)。2、代表人物及成就：正確反映了光的直線傳播規(guī)律錯誤：人眼能發(fā)出光線 描述針孔成象實驗，說明光傳播的直線性說明光有反射性 由物與光源的關系確定影的大小、分別描述了平面鏡、凹球面鏡、凸球面鏡中物與象的關系。 B、歐幾里德：（公元前328公元前385年）， 在其著作 光學一書中提出 觸須學說：如下圖所示1 、主要工

4、作：光的微粒說光的微粒說：光是沿直線高速傳播的粒子流光是沿直線高速傳播的粒子流 。 牛頓支持微粒說牛頓支持微粒說。人們都認為牛頓是微粒說。人們都認為牛頓是微粒說的代表。牛頓于的代表。牛頓于16751675年曾提出：年曾提出：“光是一群難以想象光是一群難以想象的細微而迅速運動的大小不同的粒子的細微而迅速運動的大小不同的粒子”，這些粒子被，這些粒子被發(fā)光體發(fā)光體“一個接一個地發(fā)射出來一個接一個地發(fā)射出來”。 易解釋易解釋：光的直進性、影的形成、光的反射和折：光的直進性、影的形成、光的反射和折射等現象。射等現象。 難解釋難解釋：（：（1 1）一束光入射到兩種介質界面時，一束光入射到兩種介質界面時，既

5、有反射，又有折射。何種情況發(fā)生反射，何種情況既有反射，又有折射。何種情況發(fā)生反射，何種情況下又發(fā)生折射呢下又發(fā)生折射呢? ?微粒說在解釋這一點時遇到了很大的微粒說在解釋這一點時遇到了很大的困難。困難。 （2 2）兩束光）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現象，微粒說則完全無能為力了。這一常見的現象，微粒說則完全無能為力了。 光的波動說光的波動說：某種振動，以波的形式向四周圍傳播。：某種振動，以波的形式向四周圍傳播。代表人物：是荷蘭的物理學家惠更斯。代表人物：是荷蘭的物理學家惠更斯。易解釋易解釋：（：（1 1）光的反射、折射、光的反射和折射）光的反射、折射、

6、光的反射和折射可以同時發(fā)生?？梢酝瑫r發(fā)生。 （2 2）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一 常見的現象。常見的現象。難解釋難解釋：光的直進性和影的形成。：光的直進性和影的形成。23惠更斯惠更斯在在16901690年出版的年出版的光論光論一書中正式提出了光的波動說，一書中正式提出了光的波動說，建立了著名的惠更斯原理。在此原理基礎上，他推倒出了光的反建立了著名的惠更斯原理。在此原理基礎上，他推倒出了光的反射和折射定律，圓滿的解釋了光速在光密介質中減小的原因，同射和折射定律，圓滿的解釋了光速在光密介質中減小的原因，同時還解釋了光進入冰洲石所產生的雙折射現象，

7、認為這是由于冰時還解釋了光進入冰洲石所產生的雙折射現象，認為這是由于冰洲石分子微粒為橢圓形所致。洲石分子微粒為橢圓形所致。胡克胡克是光的波動說支持者。是光的波動說支持者。16651665年，胡克提出了光的波動說，年，胡克提出了光的波動說，他認為他認為光的傳播與水波的傳播相似光的傳播與水波的傳播相似。16721672年胡克進一步提出光年胡克進一步提出光波是橫波的概念。波是橫波的概念。 波動光學波動光學楊氏楊氏（T.Young 1773-1829)T.Young 1773-1829)楊氏干涉實驗為波動光學的復興作楊氏干涉實驗為波動光學的復興作出了開創(chuàng)性的工作。用干涉原理解釋牛頓環(huán)的成因和薄膜的彩出

8、了開創(chuàng)性的工作。用干涉原理解釋牛頓環(huán)的成因和薄膜的彩色，并第一個近似地測定了七種顏色的光的波長，從而完全確色，并第一個近似地測定了七種顏色的光的波長，從而完全確認了光的周期性，為光的波動理論找到了又一個強有力的證據。認了光的周期性，為光的波動理論找到了又一個強有力的證據。菲涅耳菲涅耳(1788(17881827)1827) 菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理為基礎，菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理為基礎，用新的用新的定量形式定量形式建立了以他們的姓氏命名的惠更斯菲涅耳原理。建立了以他們的姓氏命名的惠更斯菲涅耳原理。解釋了衍射現象，完成了光的波動說的全部理論解釋了衍射現象，完成了光的波動說的全部理論 法拉

9、第法拉第 (1817-1867) 法拉第法拉第1845年發(fā)現了光的振動面振動面在強磁聲中的旋轉，從而揭示了光學現象和電磁現象的揭示了光學現象和電磁現象的內在聯系。內在聯系。 麥克斯韋麥克斯韋是繼法拉第之后，集電磁學大成的偉大科學家，建立了第一個完整的是繼法拉第之后，集電磁學大成的偉大科學家，建立了第一個完整的電磁理論體系，不僅科學地電磁理論體系，不僅科學地預言預言了電磁波的存在，而且揭示了了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現象光、電、磁現象的本質的統一性的本質的統一性，完成了物理學的一次大綜合。，完成了物理學的一次大綜合。麥克斯韋麥克斯韋 (1831-1879)對于光波的進一步認識對于光波的

10、進一步認識電磁波電磁波：赫茲赫茲用實驗證實了電磁波的存在，赫茲先求出振蕩器的用實驗證實了電磁波的存在，赫茲先求出振蕩器的頻率，又以檢波器量得駐波的波長，二者乘積即電磁波頻率，又以檢波器量得駐波的波長，二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預測的一樣，電磁波傳播的的傳播速度。正如麥克斯韋預測的一樣，電磁波傳播的速度等于光速。速度等于光速。18891889年在一次著名的演說中，赫茲明確年在一次著名的演說中，赫茲明確的指出，光是一種電磁現象。光電效應的指出，光是一種電磁現象。光電效應赫茲赫茲 (1857-1894) 27量子光學量子光學薛定諤Erwin Schrdinger1887-1961海森伯Werner Karl Heisenberg1901-1976 尼爾斯玻爾Niels Bohr1885-1962普朗克Max Karl Ernst Ludwig Planck1858-1947愛因斯坦愛因斯坦 (1879-1955)現代光學時期現代光學時期世紀中，光學本身發(fā)生了極為深刻的演變，世紀中，光學本身發(fā)生了極為深刻的演變，光學領域中發(fā)生了：光學領域中發(fā)生了：l年出現了年出現了全息術全息術。l年誕生了新光源年誕生了新光源激光器。激光器。 成為成為經典光學向現代光學過度經典光學向現代光學過度的標志。的標志。4. 光學分類光學分類：光學光學幾何光學：利用幾何原理，