现代光学工程绪论.ppt

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1、现代光学工程,光学发展回顾,钻石和光,飞秒激光束,显微目镜,折射率 变化,XYZ 台,墨子对光学很有研究，对于光的直线传播、光的反射和若干物影成像，进行了精彩的描述。有一次，墨子进行光学实验，他在堂屋朝阳的地方，让一个人对着小孔站在屋外，在阳光的照射下，屋内相对的墙上出现倒立人像。墨子通过小孔成像的光学实验，阐述了光的直线传播原理，成为后代摄影技术的先声。墨子及其弟子的著作，统称为墨子。其中经上，经下、经说上、经说下及大取、小取六篇，专说名辩和时间、空间、物质结构、力学、光学、声学、代数、几何等内容.,光学发展：,几何光学,南宋程大昌 演繁露中记载到：“凡雨初霁，或露之未晞，余点缀于草木枝叶之

2、末，欲坠不坠，则皆聚为圆点，光莹可喜。日光入之，五色俱足，闪烁不定。是乃日之光品著色于水，而非雨露有此五色也。”,恩培多克勒（Empedocles 公元前490-430）和欧几里得（Euclid,公元前300）关于光学的系统著作。,法国 笛卡儿 1638年，提出一种无所不在的“以太”假说，拒绝接受超距作用的解释，坚持认为力只能通过物质粒子和与之紧邻的粒子相接触来传播，把热和光看成是以太中瞬时传播的压力。屈光学中提出光的粒子假说，并用以推出光的折射定律。斯涅耳（W.Snell,约1580-1626)、费马（P.Fermat,1601-1665)英国 牛顿,1704年，光学一书出版。随着天文学、力

3、学和光学的出现，物理学在十八世纪开始成为科学.牛顿则持光的微粒说，他认为波动说的最大障碍是不能解释光的直线进行。他提出发光物体发射出以直线运动的微粒子、微粒子流冲击视网膜就引起视觉。它也能解释光的折射与反射，甚至经过修改也能解释F.M.格里马尔迪发现的“衍射”现象。,光的机械论认识-,粒子光学：,惠更斯在1690年出版的光论一书中正式提出了光的波动说，建立了著名的惠更斯原理。在此原理基础上，他推导出光的反射和折射定律，圆满的解释了光速在光密介质中减小的原因，同时还解释了光进入冰洲石所产生的双折射现象，认为这是由于冰洲石分子微粒为椭圆形所致。后来，菲涅耳对惠更斯的光学理论作了发展和补充，创立了“

4、惠更斯-菲涅耳原理”，才较好地解释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论。,胡克是光的波动说支持者。1665年，胡克提出了光的波动说，他认为光的传播与水波的传播相似。1672年胡克进一步提出光波是横波的概念。,波动光学,杨氏（T.Young 1773-1829)杨氏干涉实验为波动光学的复兴作出了开创性的工作。用干涉原理解释牛顿环的成因和薄膜的彩色，并第一个近似地测定了七种颜色的光的波长，从而完全确认了光的周期性，为光的波动理论找到了又一个强有力的证据。,菲涅耳(17881827)；菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理为基础，用新的定量形式建立了以他们的姓氏命名的惠更斯菲涅耳原理。解释了衍射现象，完成了

5、光的波动说的全部理论,法拉第(1817-1867),法拉第由于对电磁学作出的贡献而成为19世纪最伟大的物理学家之一。,麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的一次大综合。,麦克斯韦(1831-1879),对于光波的进一步认识电磁波：,赫兹用实验证实了电磁波的存在，赫兹先求出振荡器的频率，又以检波器量得驻波的波长，二者乘积即电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样，电磁波传播的速度等于光速。1889年在一次著名的演说中，赫兹明确的指出，光是一种电磁现象。,赫兹(1857-

6、1894),近代和现代光学：,光谱学,基尔霍夫（G.R.Kirchhoff,18241887）,本生 R.W.Bunsen(18111899),1815年，夫琅和费(J.V.Fraunhofer,17871826)开始用分光镜研究太阳光谱中的暗线。,量子光学,薛定谔Erwin Schrdinger1887-1961,尼尔斯玻尔Niels Bohr1885-1962,普朗克Max Karl Ernst Ludwig Planck1858-1947,爱因斯坦(1879-1955),非线性光学,1958年，贝尔实验室的ArthurSchawlow和哥伦比亚大学的CharlesTownes发表了“红外

7、线和光激射器”这篇论文为后来激光技术和应用领域的发展开辟了道路，1960年，休斯顿航空公司的TheodoreMalman用人造红宝石制造了一个激光器。,20世纪60年代，非线性光学,光子学（Photonics）：是以光子作为信息载体的一门系统性科学,研究光子与物质相互作用、光子的本质，以及光子的产生、传播、探测等微观机制。,光子学器件 光通信 光存储 光信息处理和计算,几何光学物理光学（波动光学）晶体光学光纤光学（导波光学）大气光学（空间光学）海洋光学,光学的研究内容,本课程学习内容：,几何光学基本定律 球面光学成像系统 平面光学成像系统 光束限制与光阑 像差理论 典型光学系统 辐射光学基本概念,几何光学与成像理论,本课程学习内容：,光的电磁理论 光的干涉 光的衍射 光的偏振,物 理 光 学,