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物理光学(梁铨廷)0-0_图文

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物理光学
绪论

讲述提纲
? 一、光学的科学体系
? 二、对光学现象的发现与认识 ? 三、对光本性的认识,波动光学的发展史

? 四、波动综述
? 五、本课程的任务与要求

一、光学的科学体系
? 光学:是研究光的传播以及它和物质相互作用
? ?

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的学科。 1.几何光学:基于“光线”的概念讨论光的传 播规律。 2.波动光学:研究光的波动性(干涉、衍射、 偏振)的学科。 3.量子光学:研究光与物质的相互作用的问题。 4.现代光学:20世纪后半期发展起来的很庞大 的体系。

1.几何光学
? :

从理论上说,几何光学三个基本定律 (直线传播,折射、反射定律)只是光波衍 射规律的短波近似。 ? 它们在方法上是几何的,在物理上不涉 及光的本质。 ? 几何光学主要是从直线传播,折射、反 射定律等实验定律出发,讨论成像等特殊类 型的 传播问题。

2.波动光学:
? 研究光的波动性(干涉、衍射、偏振)的学
?

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科。 基本问题:在各种条件下的传播问题。 基本原理:惠更斯-菲涅耳原理。 波前:原为等相面,现泛指波场中的 任一曲 面,更多的是指一个平面。 主线:如何描述、识别、分解、改造、记录 和再现波前,构成了波动光学的主线

3.量子光学
?

研究光与物质的相互作用的问题,通常 是在分子或原子的尺度上进行的。在这领域 内有时可用经典理论,有时需用量子理论。 对于这类原不属于传统光学的内容,有人冠 之以“分子光学”或“量子光学”等名称, 也有人把它们仍归于物理光学之内。

4.近代光学:
? 1948年全息术的提出,1955年光学传递函数

的建立,1960年激光的诞生为其发展中的三 件大事。 ? 薄膜光学的建立,源于薄膜技术的发展; ? 傅立叶光学的建立源于数学、通讯理论和光 的衍射的结合; ? 集成光学、非线性光学、空间光学等等也都 属于近代光学的范畴

二、对光学现象的发现与认识
? 1.对光的早期认识
? 2.几何光学规律的发现 ? 3.波动光学现象的发现

1.对光的早期认识
? 公元前5世纪:人们就已经考虑视觉是如何产

生的。提出两种假设:触觉论、发射论。 ? 触觉论:内容、贡献及存在的问题。 ? 发射论:内容、贡献及存在的问题。 ? 公元10世纪:发射论完全取代触觉论。

2.几何光学规律的发现
? 公元前4世纪:“墨经”记述了光的直线传播、

阴影形成、光的反射和凹凸面镜反射成像等 规律。 ? 公元前3世纪:古希腊欧几里德Euclid也发现 了光的直线传播和镜面反射定律 ? 公元17世纪前期:荷兰的斯涅耳(W.Snell) 和法国的笛卡儿(R.Descartes)归纳成解析 表达式

3.波动光学现象的发现
? 17世纪: ? 50年代,意大利的格里马第(F.M.Grimaldi)首次 ? ? ?

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注意到衍射现象; 英国的胡克(R.Hooke)研究了薄膜的彩色图样, 认为是干涉所致; 牛顿(I.Newton)发现了“牛顿环”并进行了棱镜 分光实验。 60年代,丹麦的巴塞林那斯(E.Bartholinus)发现 了双折射现象。 70年代荷兰的惠更斯(C.Huygens)进一步发现了 光的偏振现象。

三、对光本性的认识,波动光学的发 展史
? 1.17世纪中叶以前的认识 ? 2.17世纪中叶至19世纪的认识:

光的波动说和微粒说 ? 3.20世纪的认识:波粒二象性
?

1.17世纪中叶以前的认识
? 如前所述:主要有触觉论、发射论两种。 ? 公元10世纪:发射论完全取代触觉论。

? 完成了人类对光本性认识的第一次飞跃。

2.17世纪中叶至19世纪的认识
? 人类对光本性的认真探讨始于17世纪,主要

有两个对立的学说——光的波动说和微粒说 ? 微粒说的内容、贡献、存在的主要问题。 ? 波动说的内容、贡献、存在的主要问题。 ? 光的电磁理论的提出、主要贡献和问题。

3.20世纪的认识
? 波粒二象性

四、波动综述
? 1.波动及其基本特征
? 2.波动的描述 ? 3.定态光波

1.波动及其基本特征
? 波动:振动在空间的传播形成波动。
? 基本特征:具有时间、空间双周期性,并伴

随着能量的传输。 ? 时空双周期:波场中每一点的物理状态随时 间作周期性变化;在每一瞬时,波场中各点 物理状态的空间分布也成一定的周期性

2.波动的描述
? 标量波与矢量波:
? 波面:等相位面; ? 波线:能量传输的路径;

? 球面波:
? 平面波:

3.定态光波
? 定态波场的性质:
? 普遍的定态标量波的表达式: ? 定态平面波波函数的特点:

? 定态球面波波函数的特点:
? 旁轴条件与远场条件

? 复振幅描述

五、本课程的任务与要求
? 1.本课程研究的内容:
? 2.本课程研究的方法: ? 3.对同学的要求:

? 4.本课程的性质:


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