湖南科技大学光学工程绪论+第一章剖析.ppt

工程光学 主讲：贾春霞 湖南科技大学物理与电子科学学院 2014年2月23日 12光信息[1-2]班 No. 1 光学学科古老而又年轻，其悠久的历史几乎和人类文明史本身一样久远；近半个世纪以来，特别是激光的出现，使得它又以令人炫目的发展速度、奇迹般层出不穷的研究成果以及所蕴含的巨大潜力和希望，使自己跻身于现代科学技术的最前沿…… 一、光学的研究范畴 二、光学的发展历史 一、光学的研究范畴 光——电磁波：一种重要的自然现象，眼睛接受物体发射、反射或散射的光使得我们能看到世界中的景象 光学：研究光的本性、传播、与物质相互作用 分 类 几何光学：光线概念、几何光学三定律为基础 [反射、折射及成像等——光学仪器设计及评价 (应用光学)] 连续波，以经典电磁理论为基础 ( λ/a →0，过渡到几何光学) 20世纪下半叶，变化巨大，日新月异发展。 蓬勃发展的光学 激光光学：激光物理、激光技术、激光应用 全息光学：光学全息与信息处理 傅立叶光学：光学傅立叶分析、傅立叶变换 晶体光学：光波在晶体中的传播及晶体的电光效应 集成光学：集成光路理论及制造 激光光谱学：物质微观结构及分子运动规律的分析 非线性光学：强光与物质相互作用 瞬态光学、光通信、光信息存储、光子医学…… 二、光学的发展历史 1.几何光学 墨翟及其弟子《墨经》：前4世纪（春秋战国）， 记载了光的直线传播、平面镜、凹面和凸面镜等八条几何光学现象；并把物、像位置及大小与所用镜面的曲率相联系 欧几里得（前三世纪）：反射定律 阿基米德：镜子烧坏船舰的传说 沈括《梦溪笔谈》：11世纪，光的直线传播、球面镜、月相 1621年，Snell（折射）定律 1657年，费马（Fermat）原理 从墨翟开始两千多年的漫长岁月构成了光学发展的缓慢萌芽时期。15世纪末和16世纪初是光学发展史上的转折点：凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜、暗箱和幻灯等光学元件相继出现，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17世纪中叶，奠定了几何光学的基础。 2.波动光学 17世纪中叶开始，牛顿和惠更斯等人把光的研究引向全新的发展道路。 17世纪：格里马耳、胡克、惠更斯《论光》 18世纪：牛顿思想占统治地位，1704年，《光学》 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。 19世纪初~20世纪初——波动光学时期 T. Young A. J. Fresnel J. C. Maxwell 1801年杨氏最先用干涉原理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”，并第一次成功测定了光波长。 1815年菲涅耳利用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，形成了惠更斯—菲涅耳原理。 1865年麦克斯韦以对称和谐的方程组形式集电磁波理论之大成后，波动说看来已达到尽善尽美的境界. 两朵乌云：热辐射、迈克尔逊—莫雷实验（以太） 3.量子光学 (19世纪末到20世纪初，光学研究深入到光的发生、光与物质相互作用的微观机制) 普朗克量子假说(1900) 爱因斯坦光子假说(1905) 德布罗意(1924) ——物质波概念 由电子通过金属箔衍射证实 物质本性——波粒二象性 光的干涉、衍射和偏振等光学现象 ——光的波动性 黑体辐射、光电效应和康普顿效应等 ——光的量子性(粒子性) 4.现代光学飞速发展：20世纪中~ ① 1948 全息术 三件大事： ② 1955 光学传递函数 4-f 空间滤波系统 假彩色编码处理后的照片 太平洋上空台风中心的云 ③ 1960 激光器 He-Ne激光器 多组互动激光射线实验 纤维光学及光通信 集成光学与光计算机 美军激光武器试验 （激光）惯性约束聚变 激光粒子加速器 20 ?上篇 几何光学（第1-7章） ?下篇 波动光学（第11-15章） 工程光学内容 《工程光学A 》考试大纲：命题范围，第十二周考试； 考试以闭卷形式进行，占80%，平时作业和课堂考勤占20%。最后总成绩由平时成绩 +考试成绩的总和确定。 课程考核——闭卷考试 教材及主要参考书 郁道银主编，《工程光学》（第3版），机械工业出版社，2010年； 赵凯华，钟锡华编，光学（上、下册），北京大学出版社，2008； 张以谟主编，《应用光学》，电子工业出版社，2010； 杨葭荪等译，《光学原理》（第7版），电子工业出版社，2008年。 21 怎样学好工程光学 1. 正确认识工程光学的作用 2. 重视课堂学习 3. 认真做作业 老师电话第一篇 几何光学 研究光的反射、折射及成像等——光学仪器设计及评价 光源 光线 波面 光束 ?第一章 几何光学基本定律与成像概念 ?