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1光学主讲人：宋军教授2012年春学期绪论songjun2光学的研究内容1.光的本性；2.光的发射、传播和接收的规律；3.光和其它物质的相互作用；4.光在生产和社会生活中的应用。绪论songjun3一、从经典光学到现代光学（光的本性发展简史）TheNatureofLight光学在各个发展时期的成就：几何光学时期：各种面镜和透镜组成的助视仪器。波动光学时期：各种光学量具、光学开关。全息光学：各种成像和信息手段。量子光学：光电转换装置，激光。绪论songjun4光（light）直线传播光线（lightray）反射折射几何光学（geometricaloptics）1．光的本性的两种学说（17世纪）光的微粒说以牛顿为代表，认为光是一股微粒流，在均匀介质中作匀速直线运动，在介质分界面上发生弹性碰撞。绪论songjun5光的波动说大约与牛顿倡导微粒说的同时，惠更斯等人则主张波动说，惠更斯认为光是在“以太”中传播的波，并提出惠更斯次波原理：波面上（等位相面）上任一点均可看成为一个新的波源，要发次波，同一时刻这些次波的包迹（公切面）便是该时刻的波面。根据惠更斯次波原理，可以解释光的反射定律和折射定律，并能解释方解石的双折射现象。绪论songjun618世纪以前微粒说占上风十九世纪是波动说的全盛时期，它成功地解释了光的干涉、衍射、偏振现象为波动光学奠定了基础：1801年英国托马斯.杨做了著名的“杨氏双孔干涉实验”1819年法国菲涅尔做了著名的“光的衍射实验”1887年美国迈克尔孙和莫雷的实验否定了“以太”的存在。19世纪波动说占了上风。后来人们又观察到了光的衍射及偏振现象（1808年，马吕斯（Malus）偏振），由此建立了波动光学。绪论songjun72．光的电磁理论1865年，Maxwell提出光的电磁波理论，后来被证实光是电磁波。光波长的范围：紫外光可见光红外光5nm--------400nm--------760nm--------1mm对红外光，1μm------10μm--------1mm近红外远红外绪论songjun8可见光绪论songjun93．光的量子特性十九世纪至二十世纪初，在光的电磁理论取得了巨大成功的同时，也遇到了严重的困难，已深入到研究光的发射，光和物质相互作用的微观结构。为解释光和物质相互作用的某些现象，光的电磁理论遇到了困难。1900年普朗克为了解释黑体辐射能量按波长的分布规律，提出了量子理论。（由黑体辐射导致的“紫外灾难”）绪论songjun101905年，Einstein用量子假设成功解释光电效应。1927年康普顿散射实验进一步证明了爱因斯坦理论的正确性。由此对光的微粒性的认识进入了一个新阶段。绪论songjun11常把建立在光的量子性基础上，深入到微观领域研究光与物质相互作用规律的分支学科称为量子光学（QuantumOptics）认为光与物质相互作用时，其能量为一份一份，即有粒子的性质，不但有能量，而且有动量。这就需要对光进行重新认识，爱因斯坦发展了光的量子理论，提出了光的波粒二象性理论。绪论songjun124．光的波粒二象性(Dualnatureoflight)光的干涉、衍射、偏振表明光的波动性，光电效应等表明光的粒子性，即光具有波粒二象性，任何经典的概念都不能完全概括光的本性。1924年德布罗意指出波粒二象性是微观粒子的普遍属性，在量子力学及量子电动力学中光的波粒二象性可以很好地统一起来。绪论songjun13量子性质：波粒二象性——一切量子现象的基本属性。波：几率波，用数学上的波动方程描述其几率粒：分立的能量子这里的波动性与粒子性与几何光学时期的波动性和粒子性是根本不同的。Eh绪论songjun145．现代光学光学领域的一个重要里程碑：1960年美国T.H.Maiman（梅曼）研制了第一台红宝石激光器，从而掀开了现代光学的新篇章。非线性光学、傅立叶光学、激光光谱学、信息光学、光全息学、光纤通信、集成光学、统计光学、薄膜光学、光计算机………绪论songjun15