《光学》和第一章素材.ppt

《光学》 绪论 §0-2 光学发展简史 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的内容： 第一条，叙述了影的定义与生成； 第二条，说明光与影的关系； 第三条，畅言光的直线传播，并用针孔成像来说明； 第四条，说明光有反射性能； 第五条，论光和光源的关系而定影的大小； 第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。 欧几里德在《光学》中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面时的入射角和折射角。 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃泡具有放大性能。 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于界面。 二、几何光学时期 菲涅耳和迪卡尔提出了折射定律 三、波动光学时期 1865年，麦克斯韦提出，光波就是一种电磁波 四、量子光学时期 光的电磁理论不能解释黑体辐射能量按波长的分布和1887年赫兹发现的光电效应； 1900年普朗克提出辐射的量子理论； 1905年爱因斯坦提出光量子假说； 1923年康普顿和吴有训用实验证实了光的量子性。至此，人们认识到光具有波粒二象性。 五、现代光学时期 1960年，梅曼制成了红宝石激光器，激光的问世，使古老的光学焕发了青春，光学与许多科学技术领域相互渗透，相互结合，派生出许多崭新的分支。主要包括：激光、全息照相术、光学纤维、红外技术。激光、原子能、半导体、电子计算机被称作当代四大发明。 [美]机载激光系统 近年又产生了傅里叶光学和非线性光学。 傅里叶光学：将数学中的傅里叶变换和通讯中的线性系统理论引入光学。 主要参考书： 《光学教程》 郭永康 四川大学出版社 《光学》 赵凯华 北京大学出版社 《光学教程》 叶玉堂 清华大学出版社 《光学》 蔡履中 山东大学出版社 要求： 1、看教材和参考书，培养自学能力。 2、作业要认真做，讲究格式，字迹工整，按时交送，作业和课堂表现分占20%。 3、不迟到、早退，有事请假，无事不旷课。 教材说明：按大纲要求，考虑将来部分学生考研，部分附录讲解，带“*”号一般不讲。 普通光源中电子的跃迁以自发跃迁为主，各个光子之间频率相同，但是偏振、相位均为随机，因此相干长度较小，不在特殊装置上一般不容易观测到干涉、衍射效应。 （一） 独立性： 当两列波在空间交迭时，它的传播互不干扰，亦即每列波如何传播，就象另一列波完全不存在一样，各自独立进行，这就是所谓的光的独立传播定律。 　 这不是光波所特有的，而是一般波动的性质，这就是波的独立传播定律． （二） 叠加性： 当两列（或多列）波同时存在时，在它们的交迭区域内每点的振动是各列波单独在该点产生的振动的合成．这就是波的叠加原理．　 波的叠加的数学意义 通常情况下，波动方程是线性微分方程，简谐波的表达式就是它的一个解。如果有两个独立的函数都能满足同一个给定的微分方程，那么这两个函数的和也必然是这个微分方程的解。 波的叠加原理与独立传播定律一样，适用性是有条件的。条件一是媒质，二是波的强度。波在媒质中服从叠加原理的媒质，称为线性媒质，不服从叠加原理的媒质，称为非线性媒质，违反叠加原理的效应，称为非线性效应。 基本条件：频率相同的两光波在相遇点有相同的振动方向 和固定的位相差 。 补充条件： (1) 两列光波在相遇点振幅不悬殊。 (2)两列光波在相遇点光程差不太大，不能超过波列长。 §1-2 单色波叠加形成的干涉图样 引入光程差之后，位相差变成了 二 干涉图样的形成 考虑最简单的干涉图样 波源的初位相差在观察时间内保持不变，而且为0，两列波在真空中传播。这样相位差则为 上面讲过当位相差 时，即为干涉相长。 而当 时，即为干涉相消。 从同一批原子发射出来但经过不同光程的两列光波（例如反射或折射等方法）。各原子的发光尽管迅速地改变，但任何位相改变总是同时发生在这两列波上，因而它们到达同一观察点时总是保持着不变的位相差，只有经过这样特殊装置的两束光才是相干的。 分波面干涉：波面的各个不同部分作为发射次波的光源，然后这些次波叠加在一起发生干涉。 分