大二上学习-应用光学0导言-deng

应用光学邓冬梅E-mail:光电仪器分类观察仪器：望远镜测量仪器：测距机瞄准：火炮周视瞄准镜摄像类：照相机自我介绍研究兴趣:非线性光学强激光光学光信息传输与处理(孤子)Optics——光学广义：研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及光与物质相互作用的科学。狭义：关于光和视见的科学380~760nm光学的成就：百闻不如一见萌芽时期几何光学时期（GeometricOptics）波动光学时期（WaveOptics

）量子光学时期（QuantumOptics）现代光学时期一、光学发展简史量子光学波动光学几何光学萌芽时期追溯到2000多年前，最初是试图答疑：人怎么能看见周围的物体？公元前400年左右，《墨经》中记录了世界上最早的光学知识。公元前300年前后，希腊欧几里德著《光学》一书。

光的直线传播(rectilinearpropagation)：影子、针孔成像等反射(reflection)

：平面镜(mirror)成像、凹/凸球面 折射(refraction)：透镜(lens)的使用提出了光的“触须”学说…………这个阶段主要以观察和实验为主：铜镜（CopperMirror）——古代奢侈品几何光学时期：17~18C助视仪器：Telescope、microscope的发明；开普勒：折射/入射角成正比关系（小角度实验）

全反射（totalreflection）斯涅耳和笛卡尔：正弦函数形式的折射定律费马（Fermat）原理：

推出了反射定律和折射定律。

光的本性研究：粗略提出了光的微粒说和光的波动说两种理论。——奠定了几何光学的基础！微粒说：光是在真空或均匀媒质内遵从力学定律而作等速直线运动的微粒流，并解释折射和反射现象。局限：不能解释衍射现象。光的微粒说(The

CorpuscularTheoryofLight)

——牛顿光是发光体所射出的一群微小粒子，它们一个接着一个地迅速发射出来，以直线进行，人们感觉不到相继两个之间的时间间隔。容易解释光的反射现象无法解释干涉，衍射现象符合光的直线传播二、牛顿的微粒说微粒说微粒说对光的折射的解释:测量光在介质中的速度大小将是微粒说正确与否的“试金石”。可惜当时没有实验能对此进行判断。1.光的直线传播和牛顿的自然哲学思想，2.牛顿力学研究的基本对象是“质点”；3.研究化学时，牛顿相信“原子说”；4.微粒说在几何光学中简单、直观、方便。牛顿的微粒说的指导思想:所以说，从自然哲学角度，牛顿认为光也是一种粒子，使物质世界具有统一性，也是很自然的。为什么光的微粒说能统治一百多年？

1.没有实验能测量介质中的光速；

2.牛顿在力学领域的卓越成就和牛顿哲学思想在社会上的影响。托马斯·杨：“尽管我仰慕牛顿的大名，但是我不因此非得认为他是百无一失的……，我遗憾的看到他有时也会弄错。而他的权威有时甚至阻碍了科学的进步。”光的波动说(The

WaveTheoryOfLight)萌芽：衍射（diffraction）现象的观察，薄膜彩色干涉（interference）条纹的研究。波动说：认为光是在特殊弹性媒质（以太）中传播的机械波；提出了次波理论。局限：未能把波动过程的特性给予足够说明,认为光是纵波。-》偏振？——惠更斯波动光学时期:19C托马斯·杨：双缝干涉现象、theinterferenceprinciple解释了“薄膜颜色”惠更斯-菲涅耳原理：

——圆满地解释光的直线传播、干涉和衍射现象。光的偏振（polarization）研究光的横波（transversewave）假说光速的测量光的电磁理论（横波）：法拉第、韦伯、麦克斯韦等

——1888年实验证实：赫兹电子论（洛仑兹）：解释了物质发射和吸收光的现象，光在物质中传播的各种特点，及色散现象等。ElectromagneticWave以太（ether）的研究量子光学时期：20C初狭义相对论（爱因斯坦）：反对以太（ether）的概念量子论的成熟：

——物质波学说（德布罗意），并被实验所证实；——波粒二象性：一切微观粒子都具有波粒二象性。几率解释建立了波动性和微粒性之间的联系。光的能量量子——光子（photon）光电效应的量子论解释（爱因斯坦）：光与物质相互作用时，是以光子为最小单位进行的。光的波动性：体现在干涉、衍射、偏振、运动物体的光学现象；光的量子性：体现在热辐射、光电效应、光压、光的化学作用等。

Lightisnotonlyawave,butalsoaparticle现代光学时期：20C光谱学（Spectroscopy）现代量子理论（Modernquantumtheory）傅里叶光学（Fourieroptics）、光信息处理、光纤通信激光物理、非线性光学（Nonlinearoptics)光学设计光电技术…………60年代后？激光器（laser）的出现：

1960年，梅曼制成了第一台可见光的红宝石激光器固体激光器一般由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成激光水幕电影光

纤装饰灯幕墙通信现代光学研究热点纳米光学近场光学光子晶体超强超快激光光孤子、光逻辑、全光开关……小结：光学的研究内容几何光学：利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种媒质中传播问题的学科。其基础是几个由实验得来的基本原理。物理光学（波动光学）：从光的波动性出发，研究光在传播过程中所发生的现象的学科。它可以较方便的研究光的干涉、衍射、偏振，以及在各向异性的媒质中传播时所表现出的现象。其基础是经典电动力学的麦克斯韦方程组。量子光学：从量子论出发，研究光与物质相互作用的学科。其基础主要是量子力学和量子电动力学。

应用光学（广义）：由许多与物理学紧密联系的、应用背景较强的、属于光学范围分支学科组成。教材：郁道银《工程光学基础教程》机械工业出版社

参考书：蔡怀宇《工程光学复习指导与习题解答》第一章 几何光学基本定律与成像概念第二章 理想光学系统第三章 平面与平面系统第四章 光学系统中的光阑与光束限制第六章 光线的光路计算及像差理论第七章 典型光学系统第八章 现代光学系统(补充内容、选讲)几何光学各章联系第一章基本(准备铺垫)第二章理想系统(核心)第三章平面系统(补充)第四章光阑(实际)第六章像差(实际)第八章现代光学系统(补充)第七章典型系统(综合应用)第五章光度学色度学(应用)教学目标与要求理想：每个人都掌握知识、通过考试（dream）目标：掌握基本概念、能应用基本公式。考试通过率>95%现实？考核方式：平时成绩（考勤、作业、小组项目）：30%期末考试：70%要求：掌握教学内容

按时完成作业认真完成小组项目怎样学习教学内容？有所为有所不为教学特点：突出物理机制，简略数学推导根据ppt内容对书本进行选择性学习趁热打铁、及时复习理解物理概念和物理机制

检验：能用自己的话说出来（作业有概念题）掌握基本公式

检验：能应用于中等难度的题目说明：注重物理，公式的推导过程是为了理解来龙去脉，纯数学推导的内容不作要求

作业要求：1.请用小而薄的标准作业本。2.每章交一次作业（讲完该章内容后的下一周交）3.每章内容讲完后会讲解作业，发现作业上的错误请及时更正。4.保管好作业本，以防漏登，并便于期末复习。以下情况请课代表拒收：一页纸、大尺寸、过厚、铁圈装、活页夹等类本子。小组项目目的：学会学习，学得快乐，开拓视野。分组：每个教学班各16组。自由组合

信工101人:6-7人/组,光信107人:6-7人/组

选题：

每组在16个专题中选一个；各组不能选重。

讲解：通过ppt讲解并回答师生提问。讲解30分钟内，提问(不清楚就问)10分钟内。时间安排：第一周周5前：分组(并选好组长)报课代表第二周上课前：完成选题（请课代表第二周上课时提交分组名单及选题情况）第四周开始上台讲解（按右侧序号，每次请课代表提前确认落实）小组项目-PPT制作建议内容：系统、通俗、有趣、科学注意组织的系统性多媒体的适度应用自己首先要弄懂【这样才能让听众（同学们和老师）也听明白】PPT讲解的终极目的：让听众听明白、有兴趣、有收获。资料：百度（百科、知道、文库、文档、图片、音乐、视频）教材、图书馆资料、超星图书馆中国期刊网截图片：可用qq截图（Ctrl+Alt+A）视频截取：QQ影音QQ影音的应用小组项目举例日常生活光污染3D电影相机的结构、技巧、器件等、单反？(e.g.如何隔着玻璃拍摄？天更蓝、花更红、水更绿？对太阳拍摄时有光圈？)自然现象彩虹、佛光人造？云彩（看云识天气？）太阳穿过大气后的变化（频谱、偏振…）朝霞红日(跳出来？)极光日晕月晕