文档介绍：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发展简史光学的发展简史《《物理光学物理光学》》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是研究光学是研究光的本性光的本性, , 光的产光的产生生、、光的传播光的传播、、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、X射线。) 2. 2. 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??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) ??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: 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。(2) (2) 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, 混频, 自聚焦等。(3) (3) 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。(4) (4) 集成光学集成光学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??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+ + 物理光学) 物理光学) ??工程光学(应用光学) 工程光学(应用光学) 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。波动光学: 以光的波动性为基础,把光视为“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。量子光学: 以光的量子性为基础,把光视为“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。物物理理光光学学应用光学: 应用光学: 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; (2) 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色度学。(3) 光学测量、光学加工、光通信; (4) 光谱分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; (5) 光学与其他学科交叉的分支:如天文光学、海洋光学、遥感光学、大气光学、生理光学及兵器光学等。 2. 2. 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可粗略分为三个历史阶段: ?经典光学阶段( 经典光学阶段( 20 20 世纪以前) 世纪以前) ??近代光学阶段( 近代光学阶段( 20 20 世纪初到世纪初到 20 20 世纪中) 世纪中) ??现代光学阶段( 现代光学阶段( 20 20 世纪中以来) 世纪中以来) ( ( 一一) ) 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。? 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) ) 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( 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。? 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。量子电动力学将经典波动光学视为它的一个特殊情况,即光