光学+2015+1.pdf

光学 第一章. 光学导言 第二章. 光的干涉 第三章. 光的衍射 第四章. 光的偏振 1 2 第一章.光学导言 第一章. 光学导言 §1.1 光学发展简史 §1.2 光的电磁特性、波的数学描述 §1.3 费马原理、透镜的等光程性 重点：光程、光程差、惠更斯原理 问题：光是什么？ 光的本性是什么？ 光的传播规律是什么？ 人为什么能看见周围物体？ …… 3 §1. 光学发展简史 §1.1 光学发展简史 ● 光学早期发展 公元前400多年,中国的 《墨经》有光学实验等记载 公元前300年,希腊 《反射光学》有光直线传播和反射定律记载 1100年，阿拉伯人阿尔-海兹恩(Al-hazen)发明第一个透镜 1590年琼森(Jonsen)和李普塞(Lippershey)发明第一架望远镜 十七世纪初冯特纳(Fontana)发明第一架显微镜 1621年斯涅耳(Snell)给出了光的反射定律和折射定律 十七世纪费马(Fermat)提出了费马原理— 光程极值原理 4 第一章.光学导言 古印度的理论: 公元前5世纪的古印度，认为 世界建立在非原子的以太中， 以太由时间和空间所构成。 而世界有原子组合而成，最基本的原子分别是 三原色 土、水、火和空气。 他们认为光线是高速的火原子流。 光有三种元色： “将这三种颜色混合在一起， 你可以重现整个视觉世界”。 5 /wiki/%E5%85%89 笛卡儿理论机械波 笛卡儿认为光是发光物的一种机械属性。 他在1637年发表的光折射理论中，正确地假设了 光的波状性质，用不同介质下光速差成功解释了 折射现象。 6 粒子理论：牛顿力学 1675年法国数学家伽森荻在《解释光属性的假说》 中提到，光是由光源向四面八方发射的微粒组成。 牛顿反对波动说：波会绕开障碍物，而光却是直 线传播的。 对于折射现象，牛顿错误地认为是因为进入高密 度介质时所受引力更大使光加速而成的。 牛顿的权威使光的粒子理论在18世纪甚嚣尘上。 但拉普拉斯反驳说，人的密度既然这么大，那光 几乎不可能逃脱人的引力了黑洞。 7 电磁理论法拉第 1845年，法拉第发现当偏振光穿过施加了磁场的 透明介质时，会发生偏振旋转。 法拉第效应，它首次发现了光和电磁的关系。 1847年，法拉第提出光是一种高频电磁振动，不 需要介质也能衍生。 法拉第的研究启发了麦克斯韦研究电磁辐射和光。 8 电磁理论麦克斯韦 麦克斯韦发现自生电磁波会以恒定速度传播，而 且这个速度恰好等于光速。 正是从这一点出发，麦克斯韦得出了光是一种电 磁波的结论。 20多年后，赫兹用实验证实了电磁波的存在，测 得电磁波的传播速度的确与光速相同。