《工程光学绪论及郁道银版作者窦柳明(长沙理工大学)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程光学绪论及郁道银版作者窦柳明(长沙理工大学)（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工程光学工程光学长沙理工大学物理与电子科学学院长沙理工大学物理与电子科学学院绪论绪论绪论绪论 1 1、光学发展的历史、光学发展的历史 1 2 2、什么是光学、什么是光学2 3 3、本课程的教学内容本课程的教学内容3 1 1 光学开展的历史光学开展的历史 世间万物，繁衍生息都离不开光，光和人类的生活与生产有世间万物，繁衍生息都离不开光，光和人类的生活与生产有着十分密切的关系，光学是人类最古老的科学之一。着十分密切的关系，光学是人类最古老的科学之一。 1 1 光学开展的历史光学开展的历史 u公元前公元前300300年，欧几里德年，欧几里德EuclidEuclid论述了光的直线传播和反射定律。论述了
2、光的直线传播和反射定律。 u公元公元130130年，托勒密年，托勒密PtolemyPtolemy列出列出了几种介质的入射角和折射角。了几种介质的入射角和折射角。 u11001100年，阿拉伯人创造了玻璃透镜。年，阿拉伯人创造了玻璃透镜。 u1313世纪，眼镜开始流行。世纪，眼镜开始流行。 结论：折射角和入射角是成正比关系结论：折射角和入射角是成正比关系 1 1 光学开展的历史光学开展的历史 u15951595年年，荷荷兰兰的的著著名名磨磨镜镜师师姜姜森森JanssonJansson创创造造了了第第一一个个简简陋陋的的显显微镜。微镜。 u16081608年年，荷荷兰兰人人李李普普赛赛创创造造了了
3、望望远远镜镜；第第2 2年年意意大大利利天天文文学学家家伽伽利利略略GalileoGalileo制制作作成了放大倍数为成了放大倍数为3030的望远镜。的望远镜。 u16211621年年，荷荷兰兰数数学学家家斯斯涅涅耳耳SnellSnell发发现现了了折射定律。折射定律。在不同的介质里，入射角和折射角的余割之比总在不同的介质里，入射角和折射角的余割之比总是保持相同的值。是保持相同的值。 1 1 光学开展的历史光学开展的历史 u16371637年年法法国国科科学学家家笛笛卡卡尔尔DescartesDescartes给给出出了了折折射射定定律律的现代的表述。的现代的表述。u1717世世纪纪下下半半叶
4、叶开开始始，英英国国物物理理学学家家牛牛顿顿NewtonNewton和和荷荷兰兰物理学家惠更斯物理学家惠更斯HuygensHuygens等人开始研究光的本质。等人开始研究光的本质。 u1919世世纪纪初初，由由英英国国医医生生兼兼物物理理学学家家杨杨氏氏T.YoungT.Young和和法法国国土土木木工工程程师师兼兼物物理理学学家家菲菲涅涅耳耳所所开开展展的的波波动动光光学学体体系逐渐被普遍接受。系逐渐被普遍接受。 1 1 光学开展的历史光学开展的历史 u19001900年年，德德国国柏柏林林大大学学教教授授普普朗朗克克M.PlanckM.Planck建建立立了了量子光学。量子光学。 u190
5、51905年年，德德国国物物理理学学家家爱爱因因斯斯坦坦A.EinsteinA.Einstein提提出出光光量子光子理论。量子光子理论。 u19251925年年，德德国国理理论论物物理理学学家家玻玻恩恩M.BornM.Born提提出出了了波波粒粒二二象性的几率解释，建立了波动性与微粒性之间的联系。象性的几率解释，建立了波动性与微粒性之间的联系。 u18651865年年，英英国国物物理理学学家家麦麦克克斯斯韦韦J. J. C. C. MaxwellMaxwell建立了光的电磁理论。建立了光的电磁理论。 1 1 光学开展的历史光学开展的历史 u19601960年年，美美国国物物理理学学家家梅梅曼曼
6、研研制制成成第第一一台台红红宝宝石石激激光光器器，给给光光学学带带来来了了一一次次革革命，大大推动了光学以及其他科学的开展。命，大大推动了光学以及其他科学的开展。 u激激光光是是2020世世纪纪以以来来，继继原原子子能能、计计算算机机、半半导导体体之之后后，人人类类的的又又一一重重大大创创造造。激激光光一一问问世世，就就获获得得了了异异乎乎寻寻常常的的飞飞快快开开展，激光的开展使古老的光学科学和光学技术获得了新生。展，激光的开展使古老的光学科学和光学技术获得了新生。 1 1 光学开展的历史光学开展的历史 2 2 什么是光学什么是光学- - 研究有关光的本质及其规律的科学研究有关光的本质及其规律
7、的科学 物物理理光光学学几几何何光光学学研究光的波动本质研究光的波动本质研究光线传输及成像研究光线传输及成像生生理理光光学学量量子子光光学学研究人身的光学现象研究人身的光学现象研究光的量子性研究光的量子性什么是光学？什么是光学？ 2 2 什么是光学什么是光学侧重于光的粒子性。以光线为根底，用侧重于光的粒子性。以光线为根底，用几何的方法来研究光在介质中的传播规几何的方法来研究光在介质中的传播规律及成像像差。律及成像像差。几何光学：几何光学：物理光学：物理光学：侧重于光的波动性。侧重于光的波动性。研究光的本性，并研究光的本性，并根据光的本性来研究各种光学现象。根据光的本性来研究各种光学现象。2 2
8、 什么是光学什么是光学 工程光学是一门专业根底课，主要讲授几何光学和工程光学是一门专业根底课，主要讲授几何光学和物理光学方面的根底理论、根本方法和典型光学系统物理光学方面的根底理论、根本方法和典型光学系统的实例和应用。我们以学习几何光学为主。的实例和应用。我们以学习几何光学为主。工程工程光学光学应用光学应用光学 物理光学物理光学 几何光学几何光学 光的电光的电磁理论磁理论 典型光典型光学系统学系统 光度学和光度学和色度学色度学 光的干涉光的干涉 光的衍射光的衍射 2 2 什么是光学什么是光学几几何何光光学学像像差差理理论论典典型型光光学学系系统统光学光学系统系统设计设计几何光学几何光学课程包括
9、哪些主要内容？课程包括哪些主要内容？ 通过本课程的学习，能对光学的根本概念、根本原通过本课程的学习，能对光学的根本概念、根本原理和典型光学系统有较为深刻的认识，为学习光学设计、理和典型光学系统有较为深刻的认识，为学习光学设计、光信息理论和从事光学研究打下坚实的根底。光信息理论和从事光学研究打下坚实的根底。2 2 什么是光学什么是光学3 3 本课程的教学内容本课程的教学内容本课程共本课程共3232学时学时工程光学工程光学上篇上篇几何光学与光学设计几何光学与光学设计下篇下篇物理光学物理光学教材：教材：?工程光学工程光学?，郁道银，郁道银，机械工业出版社，机械工业出版社平时成绩出勤，作业：平时成绩出
10、勤，作业：40%40%考查成绩：考查成绩：60%60% 缺勤缺勤5 5次及以上迟到次及以上迟到2 2次次=1=1次缺勤，不得次缺勤，不得参加考查。参加考查。成绩评定：成绩评定：3 3 本课程的教学内容本课程的教学内容上篇上篇几何光学与光学设计几何光学与光学设计第一章第一章: : 几何光学根本定律与成像概念几何光学根本定律与成像概念第二章：理想光学系统第二章：理想光学系统第三章：平面与平面系统第三章：平面与平面系统第四章：光学系统中的光束限制第四章：光学系统中的光束限制第五章：光度学与色度学根底第五章：光度学与色度学根底第六章：光线的光路计算及象差理论第六章：光线的光路计算及象差理论第七章：典型
11、的光学系统第七章：典型的光学系统第八章：现代光学系统第八章：现代光学系统第九章：光学系统的像质评价第九章：光学系统的像质评价第十章：光学设计第十章：光学设计3 3 本课程的教学内容本课程的教学内容下篇下篇物理光学物理光学第十一章：光的电磁理论根底第十一章：光的电磁理论根底第十二章：光的干预和干预系统第十二章：光的干预和干预系统第十三章：光的衍射第十三章：光的衍射第十四章：傅里叶光学第十四章：傅里叶光学第十五章：光的偏振和晶体光学根底第十五章：光的偏振和晶体光学根底第十六章：导波光学根底第十六章：导波光学根底第十七章：光子学根底第十七章：光子学根底3 3 本课程的教学内容本课程的教学内容第一章第
12、一章 几何光学的根本定律与成像概念几何光学的根本定律与成像概念第一章第一章 几何光学的根本定律与成像概念几何光学的根本定律与成像概念 第一节第一节 几何光学的基本定律几何光学的基本定律1 第二节第二节 成像的根本概念与完善成像条件成像的根本概念与完善成像条件2第三节第三节光路计算与近轴光学系统光路计算与近轴光学系统3第四节第四节球面光学成像系统球面光学成像系统4 第一节第一节 几何光学的根本定律几何光学的根本定律一、光波与光线一、光波与光线1 1、光波、光波1 1光是一种电磁波光是一种电磁波, ,其在空间的传播和在界面的行为遵从电其在空间的传播和在界面的行为遵从电磁波的一般规律。磁波的一般规律
13、。2 2可见光波长可见光波长为为400nm760nm400nm760nm。对于不同波长的光，人们感受到的颜色不同。对于不同波长的光，人们感受到的颜色不同。3 3光在真空中的传播速度光在真空中的传播速度c c为：为：3030万公里万公里/ /秒，在介质中的秒，在介质中的传播速度小于传播速度小于c c，且随波长的不同而不同。，且随波长的不同而不同。4 4单色光：具有单一波长的光。单色光：具有单一波长的光。 复色光：不同波长的单色光混合而成的光。复色光：不同波长的单色光混合而成的光。( (如日光如日光) )第一节第一节几何光学的根本定律几何光学的根本定律2 2、光源发光体：能够辐射光能的物体。、光源
14、发光体：能够辐射光能的物体。 如日光灯、太阳、白炽灯、碘钨灯、钠灯、激光器如日光灯、太阳、白炽灯、碘钨灯、钠灯、激光器等。等。3 3、光线：、光线：由发光点发出的光抽象为能够由发光点发出的光抽象为能够传输能量的几何线传输能量的几何线，它，它代表光的传播方向代表光的传播方向。4 4、波阵面波面：振动位相相同的各点在某一瞬间、波阵面波面：振动位相相同的各点在某一瞬间所构成的曲面。波面的法线即为光线。光的传播即为所构成的曲面。波面的法线即为光线。光的传播即为光波波面的传播。光波波面的传播。第一节第一节几何光学的根本定律几何光学的根本定律6 6、光波的分类：平面波、球面波发散光波和会聚光、光波的分类：
15、平面波、球面波发散光波和会聚光波、任意曲面波波、任意曲面波发散光束发散光束会聚光束会聚光束平行光束平行光束同心光束同心光束5 5、光束：、光束：与波面对应的所有光线的集合与波面对应的所有光线的集合. .第一节第一节几何光学的根本定律几何光学的根本定律二、几何光学的根本定律二、几何光学的根本定律1 1、光的直线传播定律、光的直线传播定律 光在各向同性介质中沿直线传播光在各向同性介质中沿直线传播。“小孔成像、精密测量等以此为根底。小孔成像、精密测量等以此为根底。例：例：影子的形成、日蚀、月蚀影子的形成、日蚀、月蚀( (忽略衍射现象忽略衍射现象 ) )光的直线传播定律这一定律具有局限性。光的直线传播
16、定律这一定律具有局限性。第一节第一节几何光学的根本定律几何光学的根本定律S1S2一般情况下，交会处的光强度一般情况下，交会处的光强度是各光束强度的简单叠加是各光束强度的简单叠加：I=I1+I2 假设假设1=1=2 2、相位差不随、相位差不随时间变化时间变化, ,且振动方向不是相且振动方向不是相互垂直，那么此区内的光强分互垂直，那么此区内的光强分布将呈现为相干分布。布将呈现为相干分布。 2 2、光的独立传播定律、光的独立传播定律 从不同光源发出的光线，以不同的方向经过某点时，各从不同光源发出的光线，以不同的方向经过某点时，各光线独立传播着，彼此互不影响光线独立传播着，彼此互不影响。第一节第一节几何光学的根本定律几何光学的根本定律3 3、反射定律和折射定律、反射定律和折射定律反射定律：反射定律：入射光线、反射光线和分界面上入射点的法线三者在同一平入射光线、反射光线和分界面上入射点的法线三者在同一平面内。面内。 入射角和反射角的绝对值相等而符号相反，即入射光线和反入射角和反射角的绝对值相等而符号相反，即入射光线和反射光线位于法线的两侧，即：射光线位于法线的两侧，即：入射角、反射角和折射角，入
