2022-2023学年高二物理竞赛课件：光学绪论

光 学绪论 绪 论 绪 论 光学是一门古老而又年轻的学科。其悠久的历史几乎和人类文明史本身一样久远；近半个世纪以来，它又以令人炫目的发展速度、奇迹般层出不穷的研究成果以及所蕴含的巨大潜力和希望，使自己跻身于现代科学技术的前沿。在全面展开对光学基本知识的讨论之前，了解一下光学的概貌及发展过程将有所裨益，尽管这种介绍只能是相当粗糙而简略的。 1-1-1/17 绪 论 一、光学的研究范畴 光现象：光的本性、传播、与物质的相互作用 光是电磁波 10－14 10－12 10－10 10－8 10－6 10－4 10－2 1 102 λ(m)  射线 X 射线 紫外线 红外线 微波 无线电波 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红 390 500 600 760 λ(nm) 可见光 c = 3.0  108 m/s 1nm = 10-9 m nm－nanometer 电磁波谱 n = 7.7 ~ 3.9×1014 Hz 1-1-2/17 绪 论 1-1-3/17 绪 论 分 类 几何光学：光线概念、几何光学三定律为基础 物理光学: 干涉 衍射 偏振 λ/a → 0 过渡到几何光学 波动光学: 量子光学: 连续波，以经典电磁理论为基础 光子概念为基础； 发射、吸收、激光、光与物质作用 1-1-4/17 绪 论 二、光学发展简史 欧几里得（前三世纪）：反射定律； 阿基米德：镜子烧坏船舰的传说； 沈括《梦溪笔谈》：11世纪，光的直线传播、球面镜、月相； 1621年，Snell（折射）定律； 1657年，费马（Fermat）原理. 1. 几何光学 三千年前，镜子的记载（《圣经》约前1200－前100年）； 《墨经》：前四世纪，记载八条几何光学现象： 光的直线传播、平面镜、凹面和凸面镜； 1-1-5/17 绪 论 18世纪：牛顿思想占统治地位（1643－1727），1704年，《光学》； 17世纪中叶开始发展 17世纪：格里马耳、胡克、惠更斯《论光》； 2. 波动光学 1-1-6/17 绪 论 麦克斯韦（Maxwell）以对称和谐的方程组形式集电磁波理论之大成后，波动说看来已达到尽善尽美的境界。 19世纪前半叶：波动说重新崛起并通过斗争走向胜利 T. Young A. J. Fresnel 1850傅科(J. Foucault)用旋转镜法测光速，确定光在水中的速度比在空气中小，宣告波动说对微粒说取得了决定性胜利； J. Maxwell 1-1-7/17 绪 论 二十年代，物质波概念 （德布罗意, 1924) 电子通过金属箔衍射证实。 19世纪末 — 20 世纪初 3. 量子光学 黑体辐射、普朗克量子假说 (1900) 爱因斯坦光子假说（1905） 波粒二象性 1-1-8/17 绪 论 发展史说明： （1）发展是无限的，无终极真理； （2）发展过程是辨证的，否定之否定，正—反—合； （3）真理往往掌握在年轻人的手里： Young（杨氏实验) 28岁，Fresnel（菲涅尔衍射）26岁， Einstain 1901年26岁，Newton 1665－1667，22－24岁。 1-1-9/17 绪 论 三、光学近代进展管窥 本世纪中叶开始：新思想、新方法、新技术、新材料。 傅里叶光学、全息学、激光、纤维光学、薄膜光学、集成光学、光计算机。 傅里叶光学及 光学信息处理 4-f 空间滤波系统 运动引起模糊 消模糊 1-1-10/17 绪 论 图像锐化 傅里叶光学及 光学信息处理 1-1-11/17 绪 论 全息学 1-1-12/17 绪 论 1-1-13/17 全息学 绪 论 1-1-14/17 激 光 绪 论 纤维光学及光通信 1-1-15/17 绪 论 光通信—自由空间互连 1-1-16/17 绪 论 集成光学与光计算机 1-1-17/17 $