光学课件(全套课件426P)
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《光学》PPT课件
6
•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
沈括（1031～1095年） 培根（1214～1294年）
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
4
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
沈括（1031～1095年） 培根（1214～1294年）
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
4
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
《光学》全套课件
《光学》全套课件一、教学内容本课件依据《光学》教材第3章至第5章的内容进行设计。
详细内容包括：第3章光的传播，涵盖光的直线传播、光的反射与折射原理；第4章光源与光谱，包含天然光源与人工光源的特点、光谱的组成与应用；第5章光学仪器，介绍显微镜、望远镜、眼镜等光学仪器的结构与原理。
二、教学目标1. 理解并掌握光的传播、反射、折射的基本原理；2. 了解光源与光谱的特点，学会分析光谱在实际生活中的应用；3. 掌握光学仪器的结构、原理及使用方法。
三、教学难点与重点教学难点：光的反射与折射定律的理解，光谱的应用，光学仪器的使用。
教学重点：光的传播原理，光源与光谱的特点，光学仪器的工作原理。
四、教具与学具准备1. 教具：光学演示仪器、光源、光谱仪、显微镜、望远镜等；2. 学具：光学实验器材、光学元件、实验报告册等。
五、教学过程1. 实践情景引入：展示自然界和生活中的光学现象，激发学生的兴趣；2. 理论讲解：详细讲解光的传播、反射、折射原理，介绍光源与光谱的特点，阐述光学仪器的结构与原理；3. 例题讲解：通过典型例题，使学生深入理解光学知识；4. 随堂练习：布置相关练习题，巩固所学知识；5. 实验演示：展示光学实验，让学生直观感受光学现象；6. 分组讨论：针对光学问题进行分组讨论，培养学生的团队协作能力；六、板书设计1. 光的传播、反射、折射原理；2. 光源与光谱特点；3. 光学仪器结构及原理；4. 典型例题及解答；5. 随堂练习题目。
七、作业设计1. 作业题目：（1）简述光的直线传播、反射、折射原理；（2）分析天然光源与人工光源的特点，举例说明；（3）阐述光谱的组成与应用；（4）介绍显微镜、望远镜、眼镜等光学仪器的结构及原理。
答案：见课后附录。
2. 课后实践：观察生活中的光学现象，并记录分析。
八、课后反思及拓展延伸2. 拓展延伸：引导学生关注光学领域的新技术、新应用，激发学生的创新意识。
布置拓展阅读任务，如《光学原理与应用》等相关书籍。
2024版物理光学ppt课件
产生条件
光波通过偏振片或反射、 折射等过程。
应用举例
偏振片的应用、偏振光的 干涉等。
光的波动理论
光的波动说
认为光是一种波动的ห้องสมุดไป่ตู้ 质，具有干涉、衍射等
波动特性。
光的电磁理论
认为光是一种电磁波， 具有电场和磁场交替变
化的特点。
光的量子理论
认为光是由一份份能量 子组成的，即光子，具
有粒子性。
光的波粒二象性
光学仪器的主要性能指标及其评价方法，包括分辨率、放大率、视 场、像质等。
光学仪器的使用与维护
光学仪器的正确使用方法、保养维护及故障排除技巧。
04 光的量子性质
光的粒子性表现
光的直线传播 光在同种均匀介质中沿直线传播，这是光的粒子性的表现 之一。
光的反射和折射
光在传播过程中遇到不同介质的分界面时，会发生反射和 折射现象，这些现象也可以用光的粒子性来解释。
光的散射
当光通过不均匀介质时，部分光束将偏离原来方向而分散 传播，从侧面看到光亮的物体，这种现象称为光的散射， 也是光的粒子性的一种表现。
光电效应实验
• 实验原理：光电效应是指光照射到物质表面时，引起物质电性质发生变化的现象。爱因斯坦提出了著名的光电 效应方程，成功地解释了光电效应现象。
• 实验装置：光电效应实验装置包括光源、滤光片、光电管、微电流计和电源等部分。 • 实验步骤：首先选择合适的光源和滤光片，调整光源和光电管之间的距离和角度，使光束能够照射到光电管的
05 现代光学技术
激光技术及应用
激光产生原理
介绍激光产生的物理过程，包括粒子数反转、受激辐射等概念。
激光器种类
列举不同类型的激光器，如气体激光器、固体激光器、半导体激 光器等，并简述其工作原理和应用领域。
《初中物理光学》课件
光电效应与爱因斯坦方程
光电效应
当光照射到物质上时，会使得物质吸收光能并释放出电子，这种现象被称为光 电效应。
爱因斯坦方程
为了解释光电效应的实验结果，爱因斯坦在1905年提出了一个方程，即爱因斯 坦方程。该方程描述了光子的能量、频率与逸出电子的动能之间的关系，从而 成功地解释了光电效应现象。
康普顿效应与德布罗意波
光通过一个小缝隙时，会在屏幕上形成衍射条纹，这是光波绕过 小障碍物继续传播的结果。
光的栅衍射
光通过多个等间距的小缝隙时，会在屏幕上形成衍射条纹，这是 多个单缝衍射的叠加。
圆盘衍射
光通过一个小圆盘时，会在屏幕上形成衍射环，这是光波绕过大 障碍物继续传播的结果。
光的偏振现象
偏振光的产生
光在某些物质表面反射或折射时，会产生偏振光， 即光的振动方向只限于某一特定方向。
当光垂直射入介质表面时，传播方向不改 变。
折射光线和入射光线分居法线两侧。
当光从空气斜射入水或其他介质中时，折 射角小于入射角；反之，折射角大于入射 角。
03 透镜及其应用
透镜的种类与性质
凸透镜
中间厚，边缘薄，对光线有会聚作 用。
凹透镜
中间薄，边缘厚，对光线有发散作 用。
透镜成像规律
凸透镜成像规律
远视眼的成因与矫正 远视眼是由于晶状体太薄或眼球前后径过短，使 得近处物体的像成在视网膜后，需要用凸透镜矫 正。
显微镜与望远镜
显微镜的构造与原理
包括物镜、目镜、载物台等部分，利用凸透镜成像规律放大微小物体。
望远镜的构造与原理
包括物镜、目镜、寻星镜等部分，利用凸透镜和凹透镜的组合观察远处物体。
显微镜与望远镜的使用方法和注意事项
马吕斯定律
《光学》全套课件
Δ
=2en2
(
1 cosγ
sin2 γ) +λ cosγ 2
Δ
=
2en2
c
os
γ
+
λ 2
Δ =2e n22
n12
sin2 i +λ 2
干涉条件
2e
n22
n12
sin2
i
2
k
k 1,2, 加强（明）
( 2k 1 ) 2 k 0,1,2, 减弱（暗）
额外程差的确定 不论入射光的的入射角如何
M1
x
S1S2 平行于 WW '
d
S1
S2
C M2
o
W'
d <<D
D
屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕 上明暗条纹中心对O点的偏离 x为:
x =kλ D d
x = 2k +1 λ D 2d
明条纹中心的位置 暗条纹中心的位置
k =0,±1,±2L
2 洛埃镜
E
S1
d
S2
光栏
E
p
p'
Q'
M
L
橙 630nm~590nm 黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm
折射率
n=c = u
εrμr
青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫 430nm~400nm
u = c ,λ = λ0 nn
§1-2 光源 光的相干性
一、光源
1.光源的发光机理 光源的最基本发光单元是分子、原子
§1-3 光程与光程差
干涉现象决定于两束相干光的位相差 两束相干光通过不同的介质时, 位相差不能单纯由几何路程差决定。
《光学》全套课件
干涉现象及其条件分析
干涉现象定义
干涉是指两列或几列光波在空间某些区域 叠加时，相互加强或减弱的现象。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同、相 位差恒定。
常见干涉类型
杨氏双缝干涉、薄膜干涉等。
干涉现象应用
测量光波波长、检测光学元件表面质量等 。
衍射现象及其分类讨论
衍射现象定义
衍射是指光波在传播过程中，遇
黑体辐射概念及历史背景
01
阐述黑体辐射的定义、历史背景以及与经典物理学的矛盾。
普朗克黑体辐射公式
02
介绍普朗克为解决黑体辐射问题提出的能量量子化假设，以及
由此导出的黑体辐射公式。
公式验证及意义
03
通过实验验证普朗克公式的正确性，并探讨其在物理学史上的
重要意义。
光电效应实验原理及结果分析
1 2 3
光电效应实验装置及原理
到障碍物或穿过小孔时，偏离直
线传播的现象。
01
衍射分类
02 根据障碍物或孔的尺寸与光波长
的相对大小，可分为菲涅尔衍射
和夫琅禾费衍射。
常见衍射现象
单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射 等。 03
衍射现象应用
04 光谱分析、光学成像等。
偏振现象及其产生原因分析
偏振现象定义
偏振是指光波中电场矢量方向在传播过程中有规则变化的 现象。
介绍量子光学的研究内容，包括光的量子态、量子纠缠、量子通信等，
以及该领域的研究进展和未来发展方向。
03
量子光学在现代科技中应用前景
探讨量子光学在现代科技中的应用前景，如在量子计算、量子通信、量
子精密测量等领域的应用潜力。
05
非线性光学简介
物理光学讲课课件
物理光学讲课课件
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律， 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ，到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象，如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料，如晶体、半导体、有 机材料和光纤等，并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用，如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中，光矢量（即 电场强度矢量E）的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状， 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系，即$I = I_0 cos^2 theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量，应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强，在另一些区域振动 减弱，形成稳定的强弱分布的
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律， 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ，到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象，如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料，如晶体、半导体、有 机材料和光纤等，并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用，如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中，光矢量（即 电场强度矢量E）的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状， 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系，即$I = I_0 cos^2 theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量，应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强，在另一些区域振动 减弱，形成稳定的强弱分布的
《大学物理光学》PPT课件
3
光学仪器的发展趋势 随着光学技术的不断发展，光学仪器正朝着高精 度、高灵敏度、高分辨率和自动化等方向发展。
03
波动光学基础
Chapter
波动方程与波动性质
波动方程
描述光波在空间中传播的数学模型，包括振幅、频率、波长等参现象，是波动光学的基础。
偏振现象及其产生条件
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光的衍射规律。
光的反射与折射现象
光的反射
光在两种介质的分界面上改变传播方向又返回原来 介质中的现象。反射定律：反射光线、入射光线和 法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线 两侧，反射角等于入射角。
光的折射
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生 改变的现象。折射定律：折射光线、入射光线和法 线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两 侧，折射角与入射角的正弦之比等于两种介质的折 射率之比。
了解干涉条纹的形成和特点。
衍射光栅测量光谱线宽度
03
使用衍射光栅测量光谱线的宽度，掌握衍射光栅的工作原理和
测量方法。
量子光学实验项目注意事项
单光子源的制备与检测 了解单光子源的概念、制备方法及其检测原理，注意实验 过程中的光源稳定性、探测器效率等因素对实验结果的影 响。
量子纠缠态的制备与观测 熟悉量子纠缠态的基本概念和制备方法，掌握纠缠态的观 测和度量方法，注意实验中的环境噪声、探测器暗计数等 因素对纠缠态的影响。
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v1t v1 sin i1 v2t v2 sin i2 sin i1 / sin i2 v2/v1
v1t
v v1n
i1
1
i2 v2t
上式与折射定律 sin i1 / sin i2 n2 / n1 v2n v2
比较，有
v2/v1 n2 / n1
亦即：光在光密媒质中的速度较大
三、波动光学时期 1800~1900，近100年
0 , 0分别是真空介电常数和真空磁率
在光频波段 1
1/ 00 c 1/ 00
n c /
故
S 0 nE2 n E2
0
c0
真空中电磁波的波动方程： E E0 cos( t)
E2
可得：
E02
cos2 (
t )
1 2
E02 (1
cos(2(
t)))
I S 1
T
T n E2dt 1
0 c0
T
T 0
n
c0
E02
cos2 (
t)dt
在不同I 媒2cn质0T中0T 有E02 (：1II12cos(nn221E(E002212 t)))dt
n
2c0
E02
பைடு நூலகம்光学
学好光学课的重要意义
当今科研前沿的热门学科 光学课程是众多光学方面课程的基础启蒙课程
如：激光原理与技术，量子光学，信息学光纤 光学，集成光学，光谱学，光子开关术全息光 存储技术，光纤通信技术原理，非线性光学， 晶体光学，原子光学，光电信号检测技术等
光学课的特点
内容新：中学学得不多，光学发展很快，新 内容不断涌现
连续光谱
5）线光谱：光谱集中在一些分立的波长区 间的 线状谱线，就叫线光谱。
dI
dI
d
d
连续光谱
1 2 3 线光谱
谱线宽度：每条线光谱在其半强度值处的波长间隔
称为谱线宽度。越小表示光波的单色性越好
光学的研究对象、分支与应用
光学是研究光的传播以及它和物质相互作用问题的学科 几何光学：
1、杨氏利用实验成功地解释了光的干涉现 象
2、惠更斯－菲涅耳原理成功地解释了光的 衍射现象
3、菲涅耳公式成功地解释了光的偏振现象 4、麦克斯韦的电磁理论证明光是电磁波 5、傅科的实验证实光在水中传播的速度小
于在空气中的传播速度 6、波动光学的理论体系已经形成，光的波
动说战胜了光的微粒说
四、量子光学时期 1900~1950，近50年
真空中的光速： c 3108 m / s
对应的频率范围： 7.5 ~ 3.91014 Hz
2）光强： 通过单位面积的平均光功率，
或者说，光的平均能流密度
3）光强表达式：S
E
H，E
H
0 E 0 H
S EH
0 E 2
0
, 分别是相对介电常数和相对磁率
公元前500年~公元1500年 经历大约2000年
面镜、眼镜和幻灯等光学元件 已相继出现
二、几何光学时期
1500~1800，大约300年
1、建立了光的反射定律和折射定律， 奠定了几何光学的基础
2、研制出了望远镜和显微镜等光学仪器 3、牛顿为代表的微粒说占据了统治地位 4、对折射定律的解释是错误的
n2 n1 v2n v1n
分支多：几何光学，干涉，衍射，偏振，光与 物质的相互作用
公式多：大约有近200个公式 课程编排特点：
重点是物理光学部分 (干涉，衍射，偏振)
如何学好光学课程
课前预习 按时听课 及时复习 独立完成作业 要主动答疑
参考参书考书
a. 光学教程 姚启钧 b. 新概念物理教程《光学》赵凯华 c. 光学 赵凯华、钟锡华 d. 光学 母国光 e. 光学 吴强
1、1900年普朗克提出了量子假说，成功地解释了 黑体辐射问题
2、爱因斯坦提出了光子假说，成功地解释了 光电效应问题
3、光的某些行为象经典的“波动” 4、另一些行为却象经典的“粒子”
光的本性
光的两种互补性质： 传播过程中显示波动性 与其他物质相互作用时显示粒子性
光具有波粒二象性
五、现代光学时期
从1950年至今
1、全息术、光学传递函数和激光的问世 是经典光学向现代光学过渡的标志
2、光学焕发了青春，以空前的规模和速度 飞速发展
1）智能光学仪器 2）全息术 3）光纤通信 4）光计算机 5）激光光谱学的实验方法
二、 光 强
1）可见光的波长范围：4000
7600
其中：
1 108 cm
频率： c /
从光的直进、反射、折射等基本实验定律出发，研究成像等光的传播问题
（尺度相对光的波长大得多，从而其波动效应不明显）
波动光学： 研究光的波动性的学科（干涉、衍射、偏振）
量子光学： 研究光和物质相互作用的问题（分子、原子尺度）
近代光学: 激光全息傅利叶和非线性光学
第一章 几何光学
§1 几何光学基本定律
1.1 几何光学三定律 1.2 全反射定律 1.3 棱镜与色散 1.4 光的可逆性原理
在相同介质中有：I nE02
4）相对光强：
I E02
注意：
光强是一个平均值
I
S
n
2c0
E02
5）光强定义为一个平均值的原因
响应时间：能够被感知或被记录所需的最短时间 人眼的响应时间：t 0.1s 最好的仪器的响应时间大约： 109 s 光波的振动周期：T 1015 s
课程安排
a. 期中测验 20%
b. 习题
10%
c. 期末考试 70%
d. 常规答疑两周一次
绪论
一、光学发展的概况
人类感官接收到外部世界的总信 息量中至少有90％以上通过眼睛
光学是一门古老的学科，又是一 门新兴的年青学科
激光器诞生后，光学开始了迅猛 发展，成为科研前沿极为活跃的学科
五个时期
一、萌芽时期
1.1 几何光学三定律
（1）光的直线传播定律： 光在均匀媒质里沿直线传播。
例：物体的影子, 针孔成像 例：海市蜃楼(mirage)
t T
人眼和接收器只能感知光波的平均能流密度 有实际意义的是光波的平均能流
三、光 谱
1）单色光：仅有单一波长的光叫单色光，否则 是非单色光。
2）谱密度： dI ~ d i() dI
d
3）光谱：谱密度随波长变化的分布曲线
4）连续光谱：光I谱随0 波dI 长 的0 i变()化d分布连续叫做
v1t
v v1n
i1
1
i2 v2t
上式与折射定律 sin i1 / sin i2 n2 / n1 v2n v2
比较，有
v2/v1 n2 / n1
亦即：光在光密媒质中的速度较大
三、波动光学时期 1800~1900，近100年
0 , 0分别是真空介电常数和真空磁率
在光频波段 1
1/ 00 c 1/ 00
n c /
故
S 0 nE2 n E2
0
c0
真空中电磁波的波动方程： E E0 cos( t)
E2
可得：
E02
cos2 (
t )
1 2
E02 (1
cos(2(
t)))
I S 1
T
T n E2dt 1
0 c0
T
T 0
n
c0
E02
cos2 (
t)dt
在不同I 媒2cn质0T中0T 有E02 (：1II12cos(nn221E(E002212 t)))dt
n
2c0
E02
பைடு நூலகம்光学
学好光学课的重要意义
当今科研前沿的热门学科 光学课程是众多光学方面课程的基础启蒙课程
如：激光原理与技术，量子光学，信息学光纤 光学，集成光学，光谱学，光子开关术全息光 存储技术，光纤通信技术原理，非线性光学， 晶体光学，原子光学，光电信号检测技术等
光学课的特点
内容新：中学学得不多，光学发展很快，新 内容不断涌现
连续光谱
5）线光谱：光谱集中在一些分立的波长区 间的 线状谱线，就叫线光谱。
dI
dI
d
d
连续光谱
1 2 3 线光谱
谱线宽度：每条线光谱在其半强度值处的波长间隔
称为谱线宽度。越小表示光波的单色性越好
光学的研究对象、分支与应用
光学是研究光的传播以及它和物质相互作用问题的学科 几何光学：
1、杨氏利用实验成功地解释了光的干涉现 象
2、惠更斯－菲涅耳原理成功地解释了光的 衍射现象
3、菲涅耳公式成功地解释了光的偏振现象 4、麦克斯韦的电磁理论证明光是电磁波 5、傅科的实验证实光在水中传播的速度小
于在空气中的传播速度 6、波动光学的理论体系已经形成，光的波
动说战胜了光的微粒说
四、量子光学时期 1900~1950，近50年
真空中的光速： c 3108 m / s
对应的频率范围： 7.5 ~ 3.91014 Hz
2）光强： 通过单位面积的平均光功率，
或者说，光的平均能流密度
3）光强表达式：S
E
H，E
H
0 E 0 H
S EH
0 E 2
0
, 分别是相对介电常数和相对磁率
公元前500年~公元1500年 经历大约2000年
面镜、眼镜和幻灯等光学元件 已相继出现
二、几何光学时期
1500~1800，大约300年
1、建立了光的反射定律和折射定律， 奠定了几何光学的基础
2、研制出了望远镜和显微镜等光学仪器 3、牛顿为代表的微粒说占据了统治地位 4、对折射定律的解释是错误的
n2 n1 v2n v1n
分支多：几何光学，干涉，衍射，偏振，光与 物质的相互作用
公式多：大约有近200个公式 课程编排特点：
重点是物理光学部分 (干涉，衍射，偏振)
如何学好光学课程
课前预习 按时听课 及时复习 独立完成作业 要主动答疑
参考参书考书
a. 光学教程 姚启钧 b. 新概念物理教程《光学》赵凯华 c. 光学 赵凯华、钟锡华 d. 光学 母国光 e. 光学 吴强
1、1900年普朗克提出了量子假说，成功地解释了 黑体辐射问题
2、爱因斯坦提出了光子假说，成功地解释了 光电效应问题
3、光的某些行为象经典的“波动” 4、另一些行为却象经典的“粒子”
光的本性
光的两种互补性质： 传播过程中显示波动性 与其他物质相互作用时显示粒子性
光具有波粒二象性
五、现代光学时期
从1950年至今
1、全息术、光学传递函数和激光的问世 是经典光学向现代光学过渡的标志
2、光学焕发了青春，以空前的规模和速度 飞速发展
1）智能光学仪器 2）全息术 3）光纤通信 4）光计算机 5）激光光谱学的实验方法
二、 光 强
1）可见光的波长范围：4000
7600
其中：
1 108 cm
频率： c /
从光的直进、反射、折射等基本实验定律出发，研究成像等光的传播问题
（尺度相对光的波长大得多，从而其波动效应不明显）
波动光学： 研究光的波动性的学科（干涉、衍射、偏振）
量子光学： 研究光和物质相互作用的问题（分子、原子尺度）
近代光学: 激光全息傅利叶和非线性光学
第一章 几何光学
§1 几何光学基本定律
1.1 几何光学三定律 1.2 全反射定律 1.3 棱镜与色散 1.4 光的可逆性原理
在相同介质中有：I nE02
4）相对光强：
I E02
注意：
光强是一个平均值
I
S
n
2c0
E02
5）光强定义为一个平均值的原因
响应时间：能够被感知或被记录所需的最短时间 人眼的响应时间：t 0.1s 最好的仪器的响应时间大约： 109 s 光波的振动周期：T 1015 s
课程安排
a. 期中测验 20%
b. 习题
10%
c. 期末考试 70%
d. 常规答疑两周一次
绪论
一、光学发展的概况
人类感官接收到外部世界的总信 息量中至少有90％以上通过眼睛
光学是一门古老的学科，又是一 门新兴的年青学科
激光器诞生后，光学开始了迅猛 发展，成为科研前沿极为活跃的学科
五个时期
一、萌芽时期
1.1 几何光学三定律
（1）光的直线传播定律： 光在均匀媒质里沿直线传播。
例：物体的影子, 针孔成像 例：海市蜃楼(mirage)
t T
人眼和接收器只能感知光波的平均能流密度 有实际意义的是光波的平均能流
三、光 谱
1）单色光：仅有单一波长的光叫单色光，否则 是非单色光。
2）谱密度： dI ~ d i() dI
d
3）光谱：谱密度随波长变化的分布曲线
4）连续光谱：光I谱随0 波dI 长 的0 i变()化d分布连续叫做