第0章-绪论.ppt

光学教程 测试与光电工程学院：万生鹏 Email:sp.wan@ Tel* 绪论 主要内容 一、什么是光学 二、光学的研究对象 三、光学的发展简史 四、光学的特点 五、怎样才能学好光学 一、什么是光学 光是一种重要的自然现象，我们之所以能看到客观世界中的景象，是因为眼睛接受物体发射、反射或散射的光。 光学是研究光的传播以及它和物质相互作用问题的学科。 光学通常分为以下四个部分： ▲ 几何光学： 以光的直线传播规律为基础， 研究各种成像光学仪器的理论。 主要 ▲ 量子光学： 以光的量子理论为基础， 物质相互作用的规律。光的吸收、散射、 色散、光的本性等。 研究光与 ▲ 波动光学： 研究光的电磁理论和传播规律， 是干涉、衍射、偏振的理论和应用。 特别 ▲ 现代光学：以激光问世为标志，与许多科学技 术领域紧密结合，派生了许多新的 分支学科 二、光学的研究对象 现代光学 ①激光光学：激光物理、激光技术、激光应用等。 ②全息光学：光学全息与信息处理等。 ③晶体光学：光波在晶体中的传播及晶体的电光效应等。 ④集成光学：集成光路理论及制造等。 ⑤傅立叶光学：光学傅立叶分析、傅立叶变换等。 ⑥激光光谱学：物质微观结构及分子运动规律的分析等。 ⑦非线性光学：光学介质与强光的相互作用。瞬态光学、光纤通信、光信息存储、受激拉曼散射、受激布里渊散射、飞秒激光…… 光子学 电子学与电子技术将由微电子学与技术向纳米电子学及分子电子学与技术发展；与此同时，近年来，一个新兴学科—光子学(PHOTONICS)已经峭然兴起，它继电子学之后，又为信息科学的发展提供了一个重要的可靠基础。 光子学已经形成一个新兴的独立学科，光子技术作为信息科学的支撑技术将与电子技术相互渗透、补充，并发挥越来越重要的作用。 光子学是一个具有极强应用背景的学科，并由此而形成了一系列的光子技术，如光子发生技术(激光技术)、光子传输技术、光子调制与开关技术、光子存储技术、光子探测技术、光子显示技术等等。光子技术的基础是光子学。因此在这个意义上讲，光子学是一门更具技术科学性质的学科。 光子具有极高的信息容量和效率 光子具有极快的响应能力 光子具有极强的互连能力与并行能力 光子具有极大的存储能力 三、光学的发展简史 萌芽时期 几何光学时期 波动光学时期 量子光学时期 现代光学时期 萌芽时期：远古~15世纪末、16世纪初 光学的起源可追溯到古代，我国春秋战国时期，墨翟（前468~前376）及其弟子所著的《墨经》中，就记载着光的直线传播（影的形成和针孔成像等）和光在镜面（凹面和凸面）上的反射等现象，并提出了一系列经验规律，把物和像的位置及其大小与所用镜面的曲率联系起来。无论就时间还是就科学性来讲，《墨经》称得上是有关光学知识的最早记录。比希腊数学家欧几里德所著的《光学》早100多年。 萌芽时期： 从内容上看，墨经中有八条关于光学的内容： 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。 萌芽时期： 从墨翟开始的两千多年的漫长岁月构成了光学发展的萌芽时期，在此期间光学发展比较缓慢。到15世纪末和16世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件的相继出现，预示着新的时期即将到来。 只对光有些初步认识，得出一些零碎结论，没有形成系统理论。 几何光学时期：16世纪初~19世纪初 这一时期可以称为光学发展史上的转折点。在这个时期，建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础。同时为了提高人眼的观察能力，人们发明了光学仪器，第一架望远镜的诞生促进了天文学和航海事业的发展，显微镜的发明给生物学的研究提供了强有力的工具。到17世纪中叶，基本上已经奠定了几何光学的基础。 几何光学时期： 17世纪下半叶，牛顿和惠更斯等人把光的研究引向进一步发展的道路。 牛顿根据光的直线传播性质，提出了光是微粒流的理论。 惠更斯反对光的微粒说，从声和光的某些现象的相似性出发，认为光是在“以太”中传播的波。这一时期中，在以牛顿为代表的微粒说占统治地位的同时，以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了。 波动光学时期：19世纪初~20世纪初 到了19世纪初，初步发展起来的波动光学的体系