物理光学01

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1、物理与光电工程学院物理与光电工程学院物理与光电工程学院物理与光电工程学院 And God said, Let there be light: and there was light. 第0章 绪论第0章 绪论 光学的研究内容光学的研究内容光学的研究内容光学的研究内容1 2 3 4 光学的学科分支光学的学科分支光学的学科分支光学的学科分支 光学的发展简史光学的发展简史光学的发展简史光学的发展简史 物理光学物理光学物理光学物理光学课程简介课程简介课程简介课程简介 1. 1. 光学的研究内容光学的研究内容光学的研究内容光学的研究内容 光学是研究光学是研究光学是研究光学是研究光的本性光的本性光的本性光

2、的本性，光的产光的产光的产光的产 生生生生、光的传播光的传播光的传播光的传播、光与物质相互作用光与物质相互作用光与物质相互作用光与物质相互作用 的规律及其应用的规律及其应用的规律及其应用的规律及其应用的科学的科学的科学的科学。 （传统光学只涉及可见光，现代光学涉 及红外光、可见光、紫外光、射线。） （传统光学只涉及可见光，现代光学涉 及红外光、可见光、紫外光、射线。） 2. 2. 光学的学科分支光学的学科分支光学的学科分支光学的学科分支 ?按发展进程分按发展进程分按发展进程分按发展进程分 ? ? 经典光学（几何光学和传统波动光学）经典光学（几何光学和传统波动光学）经典光学（几何光学和传统波动光

3、学）经典光学（几何光学和传统波动光学） ? ? 现代光学（量子光学与现代波动光学）现代光学（量子光学与现代波动光学）现代光学（量子光学与现代波动光学）现代光学（量子光学与现代波动光学） 现代光学：现代光学：现代光学：现代光学：以激光为标志，与多科学技术领域结合，派生了许多新 的分支学科。 以激光为标志，与多科学技术领域结合，派生了许多新 的分支学科。 (1)(1)信息光学信息光学信息光学信息光学是将激光用于信息的传输、处理和存储的研究相应用， 包括光导纤维技术、光学信息处理、信息存储及全息术等。 是将激光用于信息的传输、处理和存储的研究相应用， 包括光导纤维技术、光学信息处理、信息存储及全息术

4、等。 (2)(2)非线性光学非线性光学非线性光学非线性光学源于高强度激光的出现、它研究当介质不满足线性叠 加原理时所产生的一些新现象，如倍频 源于高强度激光的出现、它研究当介质不满足线性叠 加原理时所产生的一些新现象，如倍频,混频混频,自聚焦等。自聚焦等。 (3)(3)傅立叶光学傅立叶光学傅立叶光学傅立叶光学的建立源于数学、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。 的建立源于数学、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。 (4)(4)集成光学集成光学集成光学集成光学源于将集成

5、电路的概念和方法引入光学领域。 源于将集成电路的概念和方法引入光学领域。 (5)(5)薄膜光学薄膜光学薄膜光学薄膜光学的建立，源于光学薄膜的研究和薄膜技术的发展。 的建立，源于光学薄膜的研究和薄膜技术的发展。 2. 2. 光学的学科分支光学的学科分支光学的学科分支光学的学科分支 ?按研究内容分按研究内容分按研究内容分按研究内容分 ? ? 基础光学（理论光学，包括几何光学基础光学（理论光学，包括几何光学基础光学（理论光学，包括几何光学基础光学（理论光学，包括几何光学+ +物理光学）物理光学）物理光学）物理光学） ? ? 工程光学（应用光学）工程光学（应用光学）工程光学（应用光学）工程光学（应用光

6、学） 几何光学：几何光学：几何光学：不涉及光的本性，以光线代替光，研究光的传 播和成象光学仪器的理论。也称为光线光学。 几何光学：不涉及光的本性，以光线代替光，研究光的传 播和成象光学仪器的理论。也称为光线光学。 波动光学：波动光学：以光的波动性为基础，把光视为以光的波动性为基础，把光视为“光 波 光 波”，研究光的传播规律，对光与物质相互作用 进行定性或半定量描述。 ，研究光的传播规律，对光与物质相互作用 进行定性或半定量描述。 量子光学：量子光学：以光的量子性为基础，把光视为以光的量子性为基础，把光视为“光 子 光 子”，更深层次地研究光的发射、光与物质相互 作用的规律和应用。 ，更深层次

7、地研究光的发射、光与物质相互 作用的规律和应用。 物物物物 理理理理 光光光光 学学学学 应用光学：应用光学：应用光学：应用光学：有一系列应用背景较强的分支学科。有一系列应用背景较强的分支学科。 (1)光学仪器设计与制造光学仪器设计与制造; (2)光度学光度学、辐射度学有关电磁辐射的物理量的度量，以正常平均人 眼为接收器，来研究电磁辐射所引起的彩色视觉，及其心理物理量的 测量的 、辐射度学有关电磁辐射的物理量的度量，以正常平均人 眼为接收器，来研究电磁辐射所引起的彩色视觉，及其心理物理量的 测量的色度学色度学。 (3)光学测量、光学加工、光通信光学测量、光学加工、光通信; (4)光谱分析光谱分

8、析激光光谱学已成为深入研究物质微观结构、分子运动规 律的重要手段 激光光谱学已成为深入研究物质微观结构、分子运动规 律的重要手段; (5)光学与其他学科交叉的分支：如光学与其他学科交叉的分支：如天文光学天文光学、海洋光学海洋光学、遥感光 学 遥感光 学、大气光学大气光学、生理光学生理光学及及兵器光学兵器光学等。等。 2. 2. 光学的学科分支光学的学科分支光学的学科分支光学的学科分支 3. 3. 光学的发展简史光学的发展简史光学的发展简史光学的发展简史 光学的发展简史可粗略分为三个历史阶段： ?经典光学阶段（经典光学阶段（经典光学阶段（经典光学阶段（20202020世纪以前）世纪以前）世纪以前

9、）世纪以前） ? 近代光学阶段（近代光学阶段（近代光学阶段（近代光学阶段（20202020世纪初到世纪初到世纪初到世纪初到20202020世纪中）世纪中）世纪中）世纪中） ? 现代光学阶段（现代光学阶段（现代光学阶段（现代光学阶段（20202020世纪中以来）世纪中以来）世纪中以来）世纪中以来） ( ( ( (一一一一) ) ) )经典光学阶段：经典光学阶段：经典光学阶段：经典光学阶段： 20世纪以前都属于此阶段。在这一阶段几何光学和波 动光学的体系已经形成，对光的本性的探索存在着微粒说 和波动说两种对立的观点，并经历了此长彼消的历史过 程。 世纪以前都属于此阶段。在这一阶段几何光学和波 动光

10、学的体系已经形成，对光的本性的探索存在着微粒说 和波动说两种对立的观点，并经历了此长彼消的历史过 程。 ? 17、18世纪，由于牛顿在力学中的权威地位，牛顿的微粒说比惠更斯的 波动说占优势。 ? 19世纪初，杨氏和菲涅耳等人对干涉和衍射现象的成功解释为波动说的 成功奠定了基础。 ? 19世纪60年代，麦克斯韦总结出描述电磁场变化规律的方程组，预言了 存在着传播速度等于光速的电磁波。 ?1888年，赫兹用实验证实了电磁波的存在，并证明了它具有与光一样 的传播特性，其速度等于光速。这使人们认识到光是一种电磁波，这时 是光的波动说的全盛时期。 ( ( ( (二二二二) ) ) )近代光学阶段：近代光

11、学阶段：近代光学阶段：近代光学阶段： 20世纪初开始，光学研究进入到第二个大的历史阶 段。近代光学以光量子 世纪初开始，光学研究进入到第二个大的历史阶 段。近代光学以光量子(光子光子)假说、光子统计学与量子电动 力学理论为标志。同时现代波动光学形成。 假说、光子统计学与量子电动 力学理论为标志。同时现代波动光学形成。 ? 1900年普朗克提出了量子化假设，爱因斯坦进一步提出光量子理论（一 种全新的微粒说）。 ? 20世纪20年代末、30年代初创立的量子电动力学理论能够对光场的波- 粒二象性给出严格合理的表述。量子电动力学理论在一定的近似条件 下，由它可以派生出一些大为简单适用的专门性理论。量子

12、电动力学将 经典波动光学视为它的一个特殊情况，即光子数目很大很密集的情况。 在近代光学发展阶段，经典波动光学并不因为量子电动 力学的发展而被取代或受到排斥，它们仍然不断地发展、 革新，特别是它与其他学科结合，在理论方法和应用领域 都有许多重大突破和进展，形成了现代波动光学。相衬原 理、全息术、光学传递函数理论的建立等。 在近代光学发展阶段，经典波动光学并不因为量子电动 力学的发展而被取代或受到排斥，它们仍然不断地发展、 革新，特别是它与其他学科结合，在理论方法和应用领域 都有许多重大突破和进展，形成了现代波动光学。相衬原 理、全息术、光学传递函数理论的建立等。 ( ( ( (三三三三) ) )

13、 )现代光学阶段：现代光学阶段：现代光学阶段：现代光学阶段： 从从20世纪世纪60年代起，在激光问世以后，由于光学与许 多科学技术紧密结合、相互渗透，一度沉寂的光学又焕发 了青春，以空前的规模和速度飞速发展。它巳成为现代物 理学和现代科学技术中重要的前沿阵地，同时又派生出许 多崭新的分支学科。 年代起，在激光问世以后，由于光学与许 多科学技术紧密结合、相互渗透，一度沉寂的光学又焕发 了青春，以空前的规模和速度飞速发展。它巳成为现代物 理学和现代科学技术中重要的前沿阵地，同时又派生出许 多崭新的分支学科。 ? 现代光学以量子光学、激光理论与技术、非线性光学、光学信息处理技 术以及光电子技术等为标

14、志，它们多是综合性很强的交叉学科。 ? 在现代光学阶段，人们更深刻地认识到光的基本属性是波粒二象性，量 子电动力学全面地反映了光的波粒二象性，并经受了一系列精确实验的 检验，仍是现代光学的理论基础。 ? 现代光学技术与信息科学技术、生命科学技术、纳米技术紧密相关。例 如用激光束捕捉与冷却原子、用腔场量子电动力学技术控制原子状态和 光子的统计性质、光场压缩态在量子通信和量子计算等领域有着广泛的 应用前景等。 4.物理光学物理光学物理光学物理光学 简介课程简介课程简介课程简介课程 ( ( ( (一一一一) ) ) )教学内容：教学内容：教学内容：教学内容： 从光的电磁理论出发，讨论光在传播过程中所

15、发生的各 种现象的规律及其应用。 从光的电磁理论出发，讨论光在传播过程中所发生的各 种现象的规律及其应用。 ? ?第第第第0 0章章章章 绪论绪论绪论绪论 ? ?第第第第1 1章章章章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础光的电磁理论基础光的电磁理论基础 ? ?第第第第2 2章章章章 光波的叠加光波的叠加光波的叠加光波的叠加 ? ?第第第第3 3章章章章 光的干涉和干涉仪光的干涉和干涉仪光的干涉和干涉仪光的干涉和干涉仪 ? ?第第第第4 4章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射 ? ?第第第第5 5章章章章 光的偏振与晶体光学基础光的偏振与晶体光学基础光的偏振与晶体光学基础光的偏振与晶体光学基

16、础 4.物理光学物理光学物理光学物理光学 简介课程简介课程简介课程简介课程 ( ( ( (二二二二) ) ) )课程相关：课程相关：课程相关：课程相关： ? ?课程类别：学科基础课课程类别：学科基础课课程类别：学科基础课课程类别：学科基础课( (必修必修必修必修) ) ? ?学时学分：学时学分：学时学分：学时学分：4848学时，学时，学时，学时，3 3学分学分学分学分 ? ?上课时间：周二上课时间：周二上课时间：周二上课时间：周二1.21.2节、周四节、周四节、周四节、周四1.21.2节节节节( (单周单周单周单周) ) ? ?上课地点：文上课地点：文上课地点：文上课地点：文N614N614 ? ?课外答疑：尚贤楼课外答疑：尚贤楼课外答疑：尚贤楼课外答疑：尚贤楼418418 ? ?课件下载：课件下载：课件下载：课件下载：optics.nuist optics.nuist ? ?成绩组成：平时成绩组成：平时成绩组成：平时成绩组成：平时10%+10%+期中期中期中期中20%+20%+期末期末期