华中科技大学《应用光学》课程——绪论

1、绪绪 论论（一）光学发展史（一）光学发展史（二）应用光学在实际课题中的应用（二）应用光学在实际课题中的应用（三）本课程包含的内容（三）本课程包含的内容 墨子对光学很有研究，对于光的直线传播、光的反墨子对光学很有研究，对于光的直线传播、光的反射和若干物影成像，进行了精彩的描述。射和若干物影成像，进行了精彩的描述。有一次，墨子进行光学实验，他在堂屋朝阳的地方，有一次，墨子进行光学实验，他在堂屋朝阳的地方，让一个人对着小孔站在屋外，在阳光的照射下，屋内相让一个人对着小孔站在屋外，在阳光的照射下，屋内相对的墙上出现倒立人像。墨子通过小孔成像的光学实验，对的墙上出现倒立人像。墨子通过小孔成像的光学实验，

2、阐述了光的直线传播原理，成为后代摄影技术的先声。阐述了光的直线传播原理，成为后代摄影技术的先声。光学历史引言：光学历史引言：法国法国 笛卡儿笛卡儿 16381638年，提出一种无所不在的年，提出一种无所不在的“以太以太”假说，拒绝接受超距作用的解释，坚持认为力只能通假说，拒绝接受超距作用的解释，坚持认为力只能通过物质粒子和与之紧邻的粒子相接触来传播，把热和过物质粒子和与之紧邻的粒子相接触来传播，把热和光看成是以太中瞬时传播的压力。光看成是以太中瞬时传播的压力。屈光学屈光学中提出中提出光的粒子假说，并用以推出光的折射定律。光的粒子假说，并用以推出光的折射定律。英国英国 牛顿牛顿 17041704

3、年，年，光学光学一书出版。随着天文学、一书出版。随着天文学、力学和光学的出现，物理学在十八世纪开始成为科学力学和光学的出现，物理学在十八世纪开始成为科学. .牛顿则持光的微粒说，他认为波动说的最大障碍是不牛顿则持光的微粒说，他认为波动说的最大障碍是不能解释光的直线进行。他提出发光物体发射出以直线能解释光的直线进行。他提出发光物体发射出以直线运动的微粒子、微粒子流冲击视网膜就引起视觉。它运动的微粒子、微粒子流冲击视网膜就引起视觉。它也能解释光的折射与反射，甚至经过修改也能解释也能解释光的折射与反射，甚至经过修改也能解释F.M.F.M.格里马尔迪发现的格里马尔迪发现的“衍射衍射”现象。现象。粒子光

4、学：粒子光学：波动光学波动光学胡克胡克是光的波动说支持者。是光的波动说支持者。1665年，胡克提出了光的波动说，年，胡克提出了光的波动说，他认为光的传播与水波的传播相似。他认为光的传播与水波的传播相似。1672年胡克进一步提出光年胡克进一步提出光波是横波的概念。波是横波的概念。 惠更斯惠更斯在在1690年出版的年出版的光论光论一书中正式提出了光的波动说，一书中正式提出了光的波动说，建立了著名的惠更斯原理。在此原理基础上，他推倒出了光的反建立了著名的惠更斯原理。在此原理基础上，他推倒出了光的反射和折射定律，圆满的解释了光速在光密介质中减小的原因，同射和折射定律，圆满的解释了光速在光密介质中减小的

5、原因，同时还解释了光进入冰洲石所产生的双折射现象，认为这是由于冰时还解释了光进入冰洲石所产生的双折射现象，认为这是由于冰洲石分子微粒为椭圆形所致。后来，菲涅耳对惠更斯的光学理论洲石分子微粒为椭圆形所致。后来，菲涅耳对惠更斯的光学理论作了发展和补充，创立了作了发展和补充，创立了“惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理”，才较好地解，才较好地解释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论。杨氏杨氏（T.Young 1773-1829)T.Young 1773-1829)杨氏干涉实验为波动光学的复兴作杨氏干涉实验为波动光学的复兴作出了开创性的工作。用干涉原理解释牛顿环

6、的成因和薄膜的彩出了开创性的工作。用干涉原理解释牛顿环的成因和薄膜的彩色，并第一个近似地测定了七种颜色的光的波长，从而完全确色，并第一个近似地测定了七种颜色的光的波长，从而完全确认了光的周期性，为光的波动理论找到了又一个强有力的证据。认了光的周期性，为光的波动理论找到了又一个强有力的证据。菲涅耳菲涅耳(17881827)菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理为基础，用菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理为基础，用新的定量形式建立了以他们的姓氏命名的惠更斯菲涅耳原理。新的定量形式建立了以他们的姓氏命名的惠更斯菲涅耳原理。解释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论解释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论。对于光波

7、的进一步认识对于光波的进一步认识电磁波：电磁波：法拉第法拉第由于对电磁学作出的贡献而成为由于对电磁学作出的贡献而成为19世纪最伟大的物理学家之一世纪最伟大的物理学家之一。麦克斯韦麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家，建立了第一个完是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。法拉第法拉第(1817-1867) 麦克斯韦麦克斯韦(1831-187

8、9)赫兹赫兹用实验证实了电磁波的存在，赫兹先求出振荡器用实验证实了电磁波的存在，赫兹先求出振荡器的频率，又以检波器量得驻波的波长，二者乘积即电磁的频率，又以检波器量得驻波的波长，二者乘积即电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样，电磁波传播波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样，电磁波传播的速度等于光速。的速度等于光速。1889年在一次著名的演说中，赫兹明年在一次著名的演说中，赫兹明确的指出，光是一种电磁现象。确的指出，光是一种电磁现象。赫兹赫兹(1857-1894) 1815年，夫琅和费(J.V.Fraunhofer,17871826)开始用分光镜研究太阳光谱中的暗线。光谱学近代和现代光学：近

9、代和现代光学：本生本生R.W.Bunsen(18111899) 基尔霍夫基尔霍夫（G.R.Kirchhoff,18241887）薛定谔Erwin Schrdinger1887-1961海森伯Werner Karl Heisenberg1901-1976尼尔斯玻尔Niels Bohr1885-1962普朗克Max Karl Ernst Ludwig Planck1858-1947爱因斯坦爱因斯坦(1879-1955)量子光学量子光学 1958年，贝尔实验室的年，贝尔实验室的ArthurSchawlow和哥伦比亚大学的和哥伦比亚大学的CharlesTownes发表了发表了“红外线和光激射器红外线和

10、光激射器”这篇论文为后来这篇论文为后来激光技术和应用领域的发展开辟了道路，激光技术和应用领域的发展开辟了道路，1960年，休斯顿航空公司年，休斯顿航空公司的的TheodoreMalman用人造红宝石制造了一个激光器。用人造红宝石制造了一个激光器。非线性光学非线性光学v光学是一门历史悠久的科学，但在光学是一门历史悠久的科学，但在2020世纪得到了突世纪得到了突飞猛进的发展。飞猛进的发展。v光学仪器：视觉的延伸，是认识世界的工具。光学仪器：视觉的延伸，是认识世界的工具。v光学属于信息科学，是信息社会的信息源和载体。光学属于信息科学，是信息社会的信息源和载体。 20 20世纪世纪6060年代初激光的发展赋予光学以新的强大的生命年代初激光的发展赋予光学以新的强大的生命力，从而引起各种光学应用技术革命性的进展，并极大地促力，从而引起各种光学应用技术革命性的进展，并极大地促进基础学科的发展，成为