光学是一门古老而又年轻

绪论 光学是一门古老而又年轻 极具生命活力的物理学科 具有强大的生命力和不可估量的发展前途 研究内容 1 光的发射 传播和吸收的规律 光和物质的相互作用 包括吸收 散射 色散 光的机械作用 光的热效应 光的电效应 光的化学效应 光的生理效应等 光的本质的研究 研究方法 观察和实验 提出假设 形成理论 接受实践检验 完善理论 内容可分为几何光学 波动光学 量子光学 现代光学 0 1 光学的研究内容及分支 内容 光的传播 反射 折射 衍射 干涉 偏振等 与物质的相互作用 色散 散射等其它光的作用 分支 波动光学 电磁光学 几何光学 量子光学 非线性光学 几何光学 波动光学 研究光的传播 非线性光学 研究光与物质作用理论 电磁光学 基于Maxwell方程的研究理论 量子光学 基于量子论的理论 本课程的主要内容 0 2光学简史 周朝的金燧取火 公元前1000年 古埃及金字塔出土的平面镜 公元前1000年 墨经 中的光线传播 平面镜 凹面镜 凸面镜的成像 公元前400年 Euclid的 反射光学 公元前400年 南宋沈括 梦溪笔谈 中 针孔成像 球面镜成像 虹霓 月蚀现象的描述 1 古代光学公元前 16世纪 古希腊人对视觉的认识 2 经典光学17世纪 19世纪 Galilei望远镜 1610年 发现土星光环 Kepler望远镜用于天体观测 1611 Kepler三定律 Snell的折射定律 1621年 Fermat原理 自然界以时间最短作为行为准则 1657 Newton的微粒学说 色散实验 1666年 Romer根据木星的月蚀测出光速有限 214000km s 1676 Huggens的波动学说 1678 Young的干涉实验 1801 Fresnel的波动理论 1814 反射折射定律 1832 Fizeau用旋转齿轮测光速 315300km s 1849 Foucault测出水中光速比空气中光速小 1850 与微粒学说矛盾 与波动说吻合 Maxwell的电磁波理论 1873 光速Michelson Morley的干涉实验 1887 3 近现代光学1900 量子论 1900 Einstein发现光电效应 1905 deBroglie的物质波理论 1924 Born的波粒二像性理论 1925 激光器的诞生 1960 萌芽时期 约公元前400年 公元16世纪 成就发现和总结了一些实验现象 如平面镜成像 透镜成像 凹凸面镜成像 针孔成像的现象和规律 造出了透镜 凹凸面镜 眼镜 暗箱等光学元件 几何光学时期 公元16世纪 公元19世纪 成就建立了光的反射和折射定律 奠定了几何光学的基础 发现了干涉 衍射 偏振等光的波动现象 以惠更斯为代表的波动说初步提出 造出望远镜 H Lippershey 1587 1619年 显微镜 Z Janssen 1580 1656年 极大地推动了天文 航海 生物学的发展 为几何光学向波动光学过渡时期 是人们对光的认识逐步深化的时期 波动光学时期 公元19世纪 成就惠更斯 菲涅耳原理成功地解释了光的直线传播 干涉 衍射和偏振现象 奠定了波动光学的基础 法拉第 M Faraday 1791 1897年 和麦克斯韦 J C Maxwell 1831 1879年 等人揭示了光学现象和电磁现象的内在联系 赫兹 H R hertz 1857 1894年 测得电磁波的传播速度等于光速 确定了光的电磁理论基础 成功地测定了光的波长 用多种实验方法测定了光在各种介质中的传播速度 光的电磁理论在整个物理学的发展中起着很总要的作用 使人们在认识光的本性方面向前迈出了一大步 量子光学时期 公元19世纪末 公元20世纪上半叶 成就爱因斯坦 1879 1947年 发展了普朗克的能量子假设 提出了光的量子说 圆满的解释了光电效应 并被康普顿效应等许多实验证实 使人们认识到光的波粒二象性 光和一切微观粒子都具有波粒二象性 这个认识促进了原子核和基本粒子研究的发展 也推动人们进一步探索光和物质的本质 包括实物和场的本质问题 现代光学时期 20世纪60年代以来是光学发展最为迅速活跃的时期 成就激光问世 T H Maiman 1927 全息术 微波 光纤 红外技术的应用乃至光计算机的研制 使光学成为现代物理学和现代科学技术领域最重要的前沿之一 理论上出现了许多新