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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 显显微目镜镜 折射率 变变化 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，统统称为为墨子。其中经经上，经经下、经说经说 上、经说经说 下及大取、小取六篇，专说专说 名辩辩和时间时间 、空间间、物质质 结结构、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
2、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.F
3、ermat, 1601-1665) 英国 牛顿,1704年，光学一书出版。随着天文学 、力学和光学的出现，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
4、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“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(17881
5、827) ；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
6、 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 (1857-1894) 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,1787 1826)开始用分光镜研 究太阳光谱中的暗线。 量子光学 薛定谔 Erwin Schrdinger 1887-1961 海森伯 Werner Karl Heisenberg 1901-1976 尼尔斯玻尔 Niels Bohr
7、1885-1962 普朗克 Max Karl Ernst Ludwig Planck 1858-1947 爱因斯坦 (1879-1955) 非线性光学 1958年，贝尔实验室的Arthur Schawlow和哥伦比亚大学的 Charles Townes发表了“红外线和光激射器”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 Theodore Malman 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。 p 光子学器件 p 光通信 p 光存储 p 光信息处理和计算 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
