光学发展史5.ppt

文科物理——光学 光学的发展历史 光学的基本概念、原理及应用 神奇之光——-激光 19世纪光的波动说的两个英雄： 面对牛顿如日中天的气势，杨以不唯名的勇敢精神说：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并因此非得认为他是百无一失的。我遗憾地看到他也会弄错，而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。” 1819年，菲涅尔和阿拉果联名发表了《关于偏振光的相互作用》 提高显微镜分辨率的途径之一就是设法减小光的波长。 光与颜色 光与颜色 我们做这样一个实验，取三个手电筒，分别用红色、绿色和蓝色的彩纸遮住，来到一个黑暗的房间，让三柱光束相互叠加 红光和蓝光叠加会呈现 红紫色 光与颜色 三原色 色盲 思考： 光与颜色 米（MIE）散射 R0.7~0.8 微米 红光散射强，紫光散射弱 微粒半径更大时，在可见光区，散射与波长无关 光纤通信 光纤通信中信息的载体是光波，传输媒质是光纤，从而将信息从一端传向另一端。 频率越高所能传播的线路越多。 无线电通讯 ：3MHZ～30MHZ 可传100套广播； 300MHZ～3×105MHZ可传1×105套广播。 激光通讯：频率达1014Hz，可传108套广播。 激光的传输速率每秒622兆比特，比电传输速率（每秒几万比特）高几个数量级。 1966年由英籍华人高锟提出创意。 1967年，光通过100米的玻璃丝，光能只剩百亿分之一。 1970年美国康宁公司马瑞尔、卡普隆、凯克研制出了第一根实用的光纤。 1985年，全世界光纤线路已达455.5万公里。北美和欧洲铺设了长6500公里海底光缆，可以传输36000路电话。 现正准备花150亿美元，铺设32万公里海底光缆连接125个国家。 光纤通信 1983年，美国贝尔实验室铺设的纽约到华盛顿间的光缆，1440芯，直径仅13毫米，可同时通信4.6万路电话。 ?????????????????????????? ?????????????????????????? ?????????????????????????? 肥皂泡上的彩色干涉条纹 油膜上的彩色干涉条纹 蝉翼上的彩色干涉条纹 二、光的干涉、衍射和偏振 1、光的干涉 你注意过这些现象吗？ ? 弹簧振子的振动 2）相位差 1）相位差 相互加强 相互削弱 波的干涉之 模拟演示图 某些位置的点振幅始终最大，另一些位置振幅始终最小，而其它位置，振动的强弱介乎二者之间，保持不变，称这种稳定的叠加图样为干涉现象 无阻尼电磁振荡的振荡方程 K A B LC 电磁振荡电路 平面电磁波 杨氏双缝干涉： 1802年英国物理学家托马斯·杨设计了杨氏双缝实验，证明了光的干涉现象。 ? 光程差: 相干相长 相干相消 杨氏双缝干涉： 历史上第一次测得波长 薄膜干涉 ?????????????????????????? ?????????????????????????? ?????????????????????????? 肥皂泡上的彩色干涉条纹 油膜上的彩色干涉条纹 蝉翼上的彩色干涉条纹 ? ? 增透膜： 增反膜：激光器谐振腔高反镜 检查光学元件的表面： 薄膜干涉 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 二、光的衍射： S 波在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为衍射现象 单缝衍射 光栅衍射 分析复色光光谱的光谱仪 1821年德国物理学家夫琅和费首次将金属丝并排紧靠而形成一密集而等间距的多狭缝----衍射光栅。 高科技可制成每厘米有超过一万条狭缝的光栅。 圆孔衍射 爱里斑角半径: 眼睛、照相机、望远镜、显微镜…… 最小分辨角： 分辨本领： 光学仪器分辨本领: 提高显微镜分辨率的途径之一就是设法减小光的波长，或者，用电子束来代替光。根据德布罗意的物质波理论，运动的电子具有波动性，而且速度越快，它的“波长”就越短。如果能把电子的速度加到足够高，并且汇聚它，就有可能用来放大物体。　　1938年，德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台透射电子显微镜（TEM）。1952年，英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜（SEM）。电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。由于电子的速度可以加到很高，电子显微镜的分辨率可以达到纳米级（10-9m）。很多在可见光下看不见的物体——例如病毒——在电子显微镜下现出了原形。 提高显微镜分辨率的途径之一就是设法减小光的波长，或者，用电子束来代替光。 光学仪器分辨本领: 1938年，德国工程师Max Knoll和Er