大学物理-几何光学.pdf

光 学 引言：光学的起源和光的本质 我国早在春秋时代 《墨经》中记载了许多光学现象， 如：光的直线传播，反射、折射等，中国古代在几何光学方 面长期在世界居于领先地位。 近代光学的发展一直伴随对光的本质的研究，他经历 了几个时代： 古希腊（欧几里德），把光看作触须投射（错误认识） 十七世纪开始，对光的本性的认识，有两种学说并立 以牛顿为代表的微粒说，认为光是按照惯性定律沿直线 飞行的微粒，解释光的直线传播，反射、折射。无法解 释干涉、衍射、偏振 1 惠更斯提出光的波动理论，认为光是在一种特殊介质 中传播的机械波。解释了光的反射、折射、衍射。 托马斯.杨和菲涅尔（在十九世纪初）透过实验和进一 步的理论工作，验证了光的波动理论，成功地解释了光的干 涉、衍射。 波动光学存在不足，把光看作是机械波，光在真空中 传播需要媒质，于是臆想出“以太”，认为真空中充满了 “以太”，但找不到。 十九世纪六十年代，麦克斯韦建立了电磁场理论，预言 电磁波存在，1887年赫兹通过实验，发现了电磁波，电磁波 的速度等于光速，认为光是电磁波。 科学家们认为光的本质研究已完成光是一种电磁波 2 随着技术的发展和实验条件的完善，发现了光电效应， 康普顿效应，利用波动光学无法解释，1900年普朗克提出 量子假说，1905年爱因斯坦提出光子学说。解释了光电效 应。 目前关于光的本质（光是什么）只能讲： 光具有波粒二象性，既是粒子，也是波。 3 光在某些条件下表现出粒子性， 在另一些条件 下表现出波动性， 而两种性质虽寓于同一体中， 却不能同时表现出来。 例如： 少女？ 老妇？ 两种图象寓于 同一幅画中； 但两种图象不会同时 出现在你的视觉中。 4 第16章 几何光学 光学的理论体系 几何光学：以光的直线传播为基础，采用几何方法研究 光在透明介质中的传播问题。 其基础是光波长趋于零（a ） 以光的波动性为基础，研究 波动光学： 光的传播及其规律。 物理光学 量子光学：以光和物质相互作用时所显示 出的粒子性为基础，研究光的 一系列规律。 非线性光学 集成光学 现代光学 信息光学 统计光学 激光光谱学 ……….