2016年西安交通大学《工程光学》课件合集.pdf

工程光学（Engineering Optics) ——(1)几何光学 任课教师：王昭 教授 联系方式 （O ） Email: wangzhao@xjtu.edu.cn 引言（prolegomenon)  光学是物理学中的重要分支学科  光学的研究对象、分支和应用  本课程的主要研究内容  参考书目  学习本课程的要求 是物理学中的重要分支学科  20世纪初期以来，光学对近代物理学乃至整个自 然科学和技术领域的发展都发挥了重大的推动作 用。  20世纪60年代以来，光子技术已成为现代高新技 术的代名词之一。  自20世纪80年代末期以来，激光器及形形色色的 光学仪器已经成为各类专业领域实验室中越来越 不可缺少的关键设备之一。 是物理学中的重要分支学科  从物理学的角度来看，光学是一门基础课；从 应用的角度来看，光学又是一门技术基础课。 随着学科之间的交叉和渗透，都需要学习本课 程  光学是人们研究光的本性、光的产生、传播、 接收以及光和物质相互作用的科学 是物理学中的重要分支学科  发展历史： 1. 人为什么能看见物体——光的本质是什么 2. 十七世纪确定几何光学的基本定律，同时发现违背几 何光学的现象（衍射和双折射现象等） 3. 十七世纪末出现光的微粒说（牛顿）和波动说（惠更 斯） 4. 十九世纪中叶麦克斯维证明光是一种电磁波 5. 十九世纪末二十年代初，爱因斯坦提出了“光的量子理 论”，说明了光的波粒二象性 6. 二十世纪六十年代激光的出现 光的波粒二象性  在20世纪初，一方面从光的干涉、衍射、偏振 以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波； 另一方面又从热辐射、光电效应、光压以及光 的化学作用等无可置疑地证明了光的量子性－ 微粒性。 光的波粒二象性  1922年发现的康普顿效应，1928年发现的喇曼效 应，以及当时已能在实验上获得的原子光谱的超 精细结构，它们都表明光学的发展是与量子物理 紧密相关的。光学的发展历史表明，现代物理学 中的两个重要基础理论——量子力学和狭义相对 论都是在关于光的研究中诞生和发展的。 激光的出现  激光的发明，是光学史上革命性的里程碑。问 世以来，很快被应用到材料加工、精密测量、通 讯、测距、全息检测、医疗、农业，军事 （smart bombs spy satellites，death rays ）， 夜视仪等极为广泛的技术领域（reading videodiscs ，cutting steel ，scanning labels ， and performing surgery ）。 是物理学中的重要分支学科  高速数字计算机的发展使光学设计变得灵活和容 易，非球面透镜的设计、光学加工技术日益提高， 离子轰击抛光可一次去除一个原子；各种膜层制作 等；纤维光学使得光通讯技术蓬勃发展；红外护航 导航系统应用等；毫不夸张地说，光学推动了现代 经济社会的进步，已成为新世纪的重要技术支撑。 Back 光学的研究对象、分支和应用  是物理学中一门重要的基础学科，它也 是一门应用性很强的学科。若不涉及光 的发射和吸收等与物质相互作用的微观 机制（分子光学或量子光学），传统上 分为两大部分：几何光学，物理光学 光学的研究对象、分支和应用  几何光学是为设计各种光学仪器而发展 起来的专门学科。物理光学中所研究的 光的干涉目前仍是精密测量中不可替代 的手段，衍射光栅则是重要的分光仪 器。光谱研究物质的微观结构。 光学的研究对象、分支和应用  把数学、信息论与光的衍射结合起来，给光学 引入了频谱、空间滤波、载波、线性变换及相 关运算等概念，发展了一们新的学科——傅立 叶光学，再加上由于激光所提供的相干光和全 息术，形成了一个新的学科领