《光学教程》(第四版-姚启钧原著)课件

17世纪中叶，基本上已经奠定了几何光学
的基础。
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17世纪下半叶，牛顿和惠更斯等人 把光的研究引向讨论光的本性的方向上。 牛顿根据光的直线传播性质，提出了光 是微粒流的理论。惠更斯反对光的微粒 说，从声和光的某些现象的相似性出发， 认为光是在“以太”中传播的波。这一 时期中，在以牛顿为代表的微粒说占统 治地位的同时，以惠更斯为代表的波动 说也初步提出来了。
的衍射、第5章 光的偏振
几何光学：第3章几何光学的基本原理、
第4章 光学仪器的基本原理
光与物质间的相互作用：第6章 光的
吸收、散射和色散
量子光学：第7章 光的量子性 现代光学：第8章 现代光学基础
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经典光学：
1. 几何光学 光的传播、反射、折射、 成像等。
2. 物理光学 ①波动光学：光的干涉、衍射、偏振 等。 ②量子光学：光的吸收、散射、色散、
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因此，到十九世纪中叶，光的波动理 论战胜了微粒学，而牢固的建立起来了。
惠更斯的旧波动理论的弱点和微粒理 论一样，它们都带有机械论的色彩，认为 光是一种弹性波，这样就必须臆想一种特 殊的弹性媒质----以太充满空间。为了不与 观测事实相抵触，以太必须具有极其矛盾 的属性：密度极小和弹性模量极大，这不 仅在实验中无法证实，在理论上也行不通。
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0.2.2几何光学时期：
（16世纪初~19世纪初）
这一时期可以称为光学发展史上的
转折点。在这个时期，建立了光的反射定
律和折射定律，奠定了几何光学的基础。
同时为了提高人眼的观察能力，人们发明
了光学仪器，第一架望远镜的诞生促进了
天文学和航海事业的发展，显微镜的发明
给生物学的研究提供了强有力的工具。到
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0.2光学发展简史
萌芽时期 几何光学时期 波动光学时期 量子光学时期 现代光学时期
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0.2.1 萌芽时期：
（远古~15世纪末、 16世纪初）
人与光的联系非常紧密，人类感官收到 外部世界的总信息量中，至少有90%是通 过眼睛获得的。光学的起源可追溯到古代。
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我国春秋战国时期，墨翟（前468~ 前376）及其弟子所著的《墨经》中有条 关于光的记录：（1）影的定义与生成； （2）光与影的关系；（3）光进行的直 线性，并用针孔成像说明；（4）光有反 射的性能；（5）光和光源的关系而定影 的大小；（6）叙述平面镜中物和像的关 系；（7）叙述凹球面镜中物和像的关系； （8）叙述凸球面镜中物和像的关系。这 是最早的关于光的文字记载，它给出了几 何光学性质的正确的、较全面的记载。
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0.2.3 波动光学时期
（19世纪初~20世纪初）
到了19世纪初，初步发展起来的波 动光学的体系已经形成。1801年杨氏最 先用干涉原理令人满意的解释了白光照射 下薄膜颜色的由来并做了著名的“杨氏双 缝干涉实验”，还第一次成功的测定了光 的波长。1815年菲涅耳用杨氏干涉原理 补充了惠更斯原理，形成了人们所熟知的 惠更斯—菲涅耳原理。
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从墨翟开始的两千多年的漫长岁月 构成了光学发展的萌芽时期，在此期间 光学发展比较缓慢。人类的光学知识仅 限于一些现象和简单规律的描述，如光 以球面形式从光源发出，入射光线和反 射光线共面且垂直于界面等等。到15世 纪末和16世纪初，凹面镜、凸面镜、眼 镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件的 相继出现，预示着新的时期即将到来。
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光的电磁理论在整个物理学的发 展中起着很重要的作用，它指出光和 电磁现象的一致性，使人们在认识光 的本性方面向前迈出了一大步。
光速的测定。
物理学大厦： 力、热、电磁、光
两朵乌云： 热辐射、迈克尔逊—莫雷实验（以 太）
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量子光学时期：十九世纪末~20世纪中
19世纪末到20世纪初是物理学发生伟 大变化的时代，在各个领域都发现了经典 理论不能解释的现象。在光学中，有黑体 辐射、光电效应和康普顿效应等现象，经 典物理大厦受到越来越多的攻击。光学的 研究在深入到光的发射，光和物质相互作 用的微观机构中时，光的经典理论就不能 解释某些现象了。
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希腊的欧几里得（公元前300—275） 也曾在书中记录：我们假想光是以直线 进行的，在线与线之间还留出一些空隙 来，光线自物体到人眼成为一锥体，锥 顶在人眼，锥底在物体，只有被光碰到 的东西才给我们看见，没有碰上的东西 就看不见了。这段记录给出了光的直线 传播性质，但错误的认为从人眼向被看 见的物体伸展着某些类似触须似的东西。
瞬态光学、光纤通信、光信息存储、 受激拉曼散射、受激布里渊散射、飞秒激 光……
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绪论 Introduction
0.1光学的研究内容和方法
一、光学的研究内容
光的本性----光是什么 光的传播、发射、接收等规律 光和物质相互作用----吸收、散射、色
散和光的机械作用，光的热、电、化 学和生理效应 光在生产和社会生活中的应用
光学教程
（第四版）
姚启钧原著 华东师大《光学》教材
编写组改编
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主要参考书
1、母国光等《光学》，人民教育出版社 2、张阜权等《光学》，北京师范大学出版社 3、赵凯华等《光学》，北京大学出版社 4、E.赫克特等《光学》，人民教育出版社 5、兰斯别尔格 《光学》，人民教育出版社
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编排特点
波动光学：第1章 光的干涉、第2章 光
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二、光学的重要性
年轻而古老：光缆、光盘等——远古到现代 基础加应用：力、热、电、光——工业、农
业、军事、天文学、医学、电 子学、材料科学、化学、生物、 通信等 理论与实验：张量、卷积、相关、δ函数、 傅氏变换——普通光学实验、 近代光学实验、现代光学实验等
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三、光学的研究方法
实践----假说----理论----实践
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1808年马吕斯偶然发现光在两 种介质界面上反射时的偏振现象。 随后菲涅耳和阿拉果对光的偏振现 象和偏振光的干涉进行了研究。
1845年法拉第揭示了光学现 象和电磁现象的内在联系。麦克斯 韦在1865年的理论研究说明光是一 种电磁现象。这个理论在1888年被 赫兹的实验所证实。至此，确立了 光的电磁理论。
光的本性等。
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现代光学
①激光光学：激光物理、激光技术、激 光应用等。
②全息光学：光学全息与信息处理等。 ③晶体光学：光波在晶体中的传播及晶
体的电光Байду номын сангаас应等。 ④集成光学：集成光路理论及制造等。
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⑤ 傅立叶光学：光学傅立叶分析、傅立 叶变换等。
⑥ 激光光谱学：物质微观结构及分子运 动规律的分析等。
⑦ 非线性光学：光学介质与强光的相互 作用。