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光 学 大连民族学院理学院 光电子技术研究所 主讲人：芦永军 生活中的光学现象： 太阳光 彩虹 油滴表面的七彩条纹 眼镜，颜色镜 LED广告灯 手机摄像头，照相机、摄像机 灯管 投影仪 激光 光盘 刻录机及光驱 望远镜、显微镜、放大镜 人眼及动物眼 自然界颜色的区分 舞台灯光（视频） 穿衣镜 UFO（undefined flying object) 海市蜃楼 绪 论 什么是光学？ 光是一种重要的自然现象，研究光的产生机理（自发辐射、受激辐射）、传播（直线和波）以及光与物质相互作用（吸收、散射、电、化学等）的学科就是光学，光学是物理学的一门重要的分支学科。 光学 几何光学（直线光学） 物理光学（波动光学） 量子光学（光的本性研究、波粒二象性） 现代光学（现代光学工程应用，扩大光学的应用领域） 国内光学人才的现状 光学发展简史 一、萌芽时期（远古～16世纪初） 光学的起源可以追溯到古代，我国春秋战国时期，墨翟及其弟子所著的《墨经》中记载了光的直线传播和光在镜面上的反射等现象，是最早有关光学的记录，比欧几里德的光学记录早100多年。 沈括（孟溪笔谈） 墨翟（公元前468～376年） 欧几里德（公元前330～275年） 二、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，奠定了几何光学的基础。建立了反射和折射定律；制成了第一台望远镜（航海和天文学的发展）和显微镜（揭示微观世界的奥秘）。 三、波动光学时期（19世纪初～20世纪初） 是人类对光本性的认识步入正确途径的开始，在光学的发展史上有着极深刻的影响。 杨氏用干涉原理解释了白光照射下薄膜颜色的由来，并用著名的双缝实验证实了光的波动性；接着马吕斯发现了光的偏振现象，法拉第发现光的振动面在磁场中旋转，麦克斯韦提出了光的电磁理论，赫兹用实验证明了光是一种电磁波。 托马斯·杨 四、量子光学时期（19世纪初～20世纪中） 人们对光的研究发展到了光的发生、光和物质相互作用的微观机制中，开始了量子光学时期。1905年爱因斯坦提出了杰出的光量子理论，圆满的解释了光电效应等现象，并被许多实验所证实。 至此，人们通过干涉、衍射和偏振现象揭示了光的波动性，又通过光电效应和康普顿效应证实了光的粒子性。 光的本性—物质微观粒子的本性—波粒二象性 爱因斯坦 五、现代光学时期（19世纪中～） 三件大事 1948年全息照相术 1955年光学传递函数（光学工程评价函数） 1960年激光器 激光器的诞生促进了光学革命性的发展，光学与其他学科紧密结合，相互渗透，派生出众多的分支学科。 学好光学的重要性 1.《光学教程》 姚启均 教材 高等教育出版社 2.《光学》王楚 北京大学出版社 3.《光学》赵凯华 北京大学出版社 4.《光学》章志鸣 高等教育出版社 5.《光学》易明 高等教育出版社 6.《光学》吴强 中国科技大学出版社 它是后续课（工程光学、光学设计，近代物理、量子力学等）的基础 学习和了解现代科技的需要 考研的需要 主要参考书 主 要 内 容 一、光的干涉 二、光的衍射 四、光的偏振 五、光的吸收、散射和色散 六、光的量子性 §1—1 光的电磁理论 电磁波在介质中的传播速度 真空中 电磁波在真空中的传播速度，普适常数 1、在介质的界面上发生反射、折射现象 2、在传播中出现干涉、衍射、偏振现象 ▲ 电磁波： 3、由麦氏方程导出： 第一章 光的干涉 光 1、在介质的界面上发生反射、折射现象 2、在传播中出现干涉、衍射、偏振现象 3、实验测得光在真空中的传播速度为 结论：光是某一波段的电磁波 比较 实验表明：若 为光在透明介质中的传播速度， 为透明介质的折射率，则 与电磁波的公式比较 联系光学量 和电磁学量 、 的关系式 ▲ 讨论： 电矢量 磁矢量 光的传播方向 1、 2、对人眼和感光仪器起作用的是 ，光波中的振动 矢量通常指 。 3、可见光的波长范围 即相互垂直 ▲电磁波谱 ▲ 能流密度 概念：所谓能流密度是指在单位时间内通过与波的传 播方向垂直的单位面积的能量，或表示为通过 单位面积的功率。 对于电磁波，平均能流密度（光强）正比于电场强度振幅A的平方值。 应理解为相对强度，其值与所处介质的折射率有关 * 直线传播：茅屋雁影，针孔成像，淮