光学课程导引-2015.ppt

麦 斯 克 韦 方 程 ρ ? ρ ~ ? 波动 波前 干涉 衍射 傅里叶 全息 波前识别 光物 作用 色散 费马原理 几何 光线 成像 理想 ABCD 像差 散射 吸收 发光 光学主脉络 反射 墨子(前468年～前376)年对光学很有研究，对于光的直线传播、光的反射和若干物影成像，进行了精彩的描述。 光学历史引言： 古代光行为认识 有一次，墨子进行光学实验，他在堂屋朝阳的地方，让一个人对着小孔站在屋外，在阳光的照射下，屋内相对的墙上出现倒立人像。墨子通过小孔成像的光学实验，阐述了光的直线传播原理，成为后代摄影技术的先声。 墨子及其弟子的著作，统称为《墨子》。其中《经上》，《经下》、《经说上》、《经说下》及《大取》、《小取》六篇，专说名辩和时间、空间、物质结构、力学、光学、声学、代数、几何等内容。 《淮南子》“阳燧见日则燃而为火” “削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。 ” 《礼记》 “左佩金燧”、“右佩木燧” 《古今注?杂注》 “阳燧以铜为之，形如镜，照物则影倒现， 向日则生火，以艾炷之则得火。” 唐初孔颖达（574-648） “若云薄漏日，日照雨滴则虹生。” 南宋程大昌 《演繁露》中记载到：“凡雨初霁，或露之未晞，余点缀于草木枝叶之末，欲坠不坠，则皆聚为圆点，光莹可喜。日光入之，五色俱足，闪烁不定。是乃日之光品著色于水，而非雨露有此五色也。” 南宋程大昌 《演繁露》中记载到：“凡雨初霁，或露之未晞，余点缀于草木枝叶之末，欲坠不坠，则皆聚为圆点，光莹可喜。日光入之，五色俱足，闪烁不定。是乃日之光品著色于水，而非雨露有此五色也。” 恩培多克勒（Empedocles 公元前490-430）和欧几里得（Euclid ,公元前300）关于光学的系统著作。 斯涅耳于1621年从实验上发现折射定律。Snell生前并没有将他的发现公诸于世，这个定律首先见于笛卡尔的《折射光学》一书，他并没有说明这一定律来自Snell，但是一般相信笛卡尔曾经看过Snell关于此问题的手稿。 光的机械论认识 ---粒子-波动之争 斯涅耳 W. Snell, 约1580-1626 法国 笛卡儿（R.Descartes， 1596-1650） 。 《折射光学》中提出光的粒子假说笛卡尔认为光的本质是一种压力，在一种完全弹性的、充满整个空间的媒体中传递，他并且认为颜色的差异归因于媒体中粒子的旋转速度不同。 费马（P.Fermat, 1601-1665) 1657年提出著名的最小时间原理(Oeuvres de Fermat,vol.2(Paris,1891)p.354),它说：“自然界的行为永远以路程最短为准则”。按照这个原理，光永远选择一种在最短时间到达目的地的路。假设不同媒体中光运动的阻力不同，根据最小时间原理，即可得到折射率。这个原理具有重大哲学意义，由于它似乎包含了一种目的论的解释，于自然科学格格不入，因而引起了很多的争论。 格里马耳迪的 Prysico-mathesis de lumine coloribus et iride （《光的物理学》）中描述了光的衍射实验，并表述了他的光波动理论。 格里马耳迪 (Francesco Maria Grimaldi，1618-1663) 胡克和玻意耳各自独立发现牛顿环,在白光下薄 膜的彩色干涉图样.胡克第一次提出，光是一种快速震动的波组成，刹那之间可以传播到空间任何地方。他认为在均匀媒体中每个振动将产生一个圆球，圆球恒稳地向外扩大。早期的胡克和惠更斯的波动理论，认为光是一个个脉冲，而不是具有一定长度的波列。 胡克 (R.Hooke, 1635-1703) 玻意耳 (R.Boyle, 1627-1691) 惠更斯（C.Huygens 1629-1695)在1690年出版 的《光论》一书中正式提出了光的波动说，建 立了著名的惠更斯原理。在此原理基础上，他 推倒出了光的反射和折射定律，圆满的解释了光速在光密介质中减小的原因，同时还解释了光进入冰洲石所产生的双折射现象（托莱纳斯，1669年发现），认为这是由于冰洲石分子微粒为椭圆形所致，在对此研究中惠更斯发现了光的偏振现象，将冰洲石双折射产生的一天光线再次经过冰洲石，并且以光线为轴旋转晶体，光线发生变化。 后来，菲涅耳对惠更斯的光学理论作了发展和补充，创立了“惠更斯--菲涅耳原理”，才较好地解释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论。 英国 牛顿 (I.Newton，1642-1727） 波动理论当时在光的直线传播和偏振