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要求与任务●课程名称光学（Optics）●课程学时56●课程学分6●前期课程高等数学、力学、电磁学●课程教材光学教程（第三版）姚启钧原著●习题处理教材习题的二分之一●部分参考书目基础光学教程吴美钧华中师大出版社光学赵凯华北大出版社光学E.赫克特A.赞斯人教出版社光学吴强郭光灿中科大出版社光学教程学习指导宣杜鑫王射中国计量出版社光学教程叶玉堂清华大学出版社1一、光学的研究对象（内容）1、光的发射、传播和接收等规律2、光和其他物质的相互作用①光的吸收、散射和色散②光的机械作用③光的热、电、化学和生理效用3、光的本性：光是粒子，还是波绪论1光学的研究内容和方法光学231光学的研究内容和方法二、基础光学内容的大致分类1几何光学（光的直线传播原理、反射、折射、仪器）2波动光学（干涉、衍射、偏振）3量子光学（黑体辐射、光电效应、康普顿效应）4现代光学（激光、非线性光学、全息、傅里叶光学）光学光学2光学的发展简史一、光学的发展大致可分为五个时期1、萌芽时期：公元前500年——1550年前后2、几何光学时期：1550年前后——1660年前后3、波动光学时期：1650年前后——1888年前后4、量子光学时期：1887年——1925年前后5、现代光学时期：1935年——4中国古代的春秋战国时期，墨翟（公元前468年——前376年）：《墨经》“影的形成和小孔成像”。古希腊，数学家欧几里德（公元前330年——前275年）：《光学》“平面镜成像——反射定律”，“光是类似触须的投射”。克莱门德(Cleomedes)，托勒密(C.Ptolemy,90—168年）：“折射现象——入射角与折射角的测定”。埃及，阿尔哈曾(Alhazen,965—1038）：“光线来自所观察的物体，光以球面形式从光源发出，反射面与入射面共面且垂直于界面”，“球面镜和抛物面”，“人眼构造”，“凸透镜的发明和实验”。萌芽时期：公元前500年——1550年前后光学56中国宋代，沈括（1031—1095年）：《梦溪笔谈》有“丰富的几何光学知识，凹面镜和凸面镜的成像规律，测定凹面镜的焦点的原理，虹的成因······”。英国，培根（R.Bacon,1214—1294年）：提出用透镜校正视力，采用透镜组构成望远镜的可能性，透镜焦点的位置。阿玛蒂(Armati)：发明眼镜。波特（G.B.D.Porta，（1535—1615年）：暗箱成像，1589年《自然魔法》复合面镜以及凸透镜和凸透镜的组合。萌芽时期：公元前500年——1550年前后光学7光学萌芽时期的特点：从观察到的简单的光学现象中概括出简单几何光学的规律，一些简单的光学仪器的设计和设想以及应用。萌芽时期：公元前500年——1550年前后光学8“萌芽时期”也是“几何光学”发展的一部分。而这里的几何光学时期是指“反射定律”和“折射定律”的建立，还有“光路可逆原理”和“费马原理”等。荷兰，李普塞（H.Lippershey，1587—1619年）：1608年发明了第一架望远镜。延森（Z.Janssen，1588—1632年）和冯特纳（P.Fontana,1580—1656年）：制造出复合显微镜。几何光学时期：1550年前后——1660年前后光学9伽利略（Galilei，1564—1642年）：1610年用自己制作的望远镜观察星体，发现木星有卫星。开普勒（J.Kepler，1571—1630年）：1611年发表《折光学》一著作。提出距离的平方反比的照度定律，设计出开普勒望远镜，小角度的入射角与折射角的正比关系。斯涅尔（W.Snell，1591—1626年）：1621年指出，入射角的余割和折射角的余割之比是一常数。笛卡尔（R.Descartes，1596—1650年）：约于1630年给出光的折射定律（《折光学》1637年出版）。几何光学时期：1550年前后——1660年前后光学10费马（P.deFermat，1601—1665年）：1657年指出光在介质中传播时所走的光程取极值的原理。几何光学时期的特点：有明确的光的传播的理论阐述，在理论和经验的指导下有较为复杂的光学仪器的设计和设想以及应用。而后基于几何光学原理的光学仪器的设计和制造及应用至今未停止过。几何光学时期：1550年前后——1660年前后光学11意大利人格里马第（F.M.Grimaldil，1618—1663年）在17世纪初首先观察到衍射现象：点光源照明时，直竿的影子要比假设光沿直线传播时所应有的影子要稍大一些—“光绕到直线影子后面去了”。胡克（R.Hooke，1635—1703年）：于1672—1675年也观察到几何阴影区内有光的存在——光的衍射现象。还研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹——牛顿环。（波意尔（R.Boyle，1627——1691年）也研究了此现象。牛顿（I.Newton，1642—1727年）：1666年发现白光通过三棱镜后分解成各种颜色，每一种颜色可用折射率来标志。波动光学时期：1650年前后——1888年前后光学12惠更斯（C.Huygens，1629—1695年）：1678年在出版的《论光》一著作中提出“惠更斯原理”。杨氏（T.Young，1773—1829年）：1801提出干涉原理并对薄膜彩色作出解释，著名的杨氏双孔和双缝干涉实验，成功的精确的测定了七种颜色光波波长。马吕斯（E.L.Malus，1775—1812年）：1808年发现光的偏振现象。马氏没有解释此现象，也认为当时的理论无法解释，波动光学时期：1650年前后——1888年前后光学13菲涅尔：1818年提出改进后的“惠更斯—菲涅尔原理”。这是一个比较完整的成功的关于光传播的理论。菲涅尔：1821年首先指出色散的原因，他认为要考虑物质的分子结构—导致科希的色散公式。后来还有菲涅尔关于偏振和强度反射和折射所服从的定律—菲涅尔公式的建立。法拉第（M.Faraday，1791—1867年）：1845年发现了光的振动面在强磁声中的旋转，从而揭示了光学现象和电磁现象的内在联系。菲涅尔（A.J.Fresnel，1788—1827年）与阿拉果（D.F.Arago，1786—1853年）：于1816年发现偏振方向相互垂直的两条光线从不干涉。（无法解释）。1817年杨氏找到了解决疑难的钥匙：假设振动是横的。。波动光学时期：1650年前后——1888年前后光学14麦克斯韦（J.C.Maxwell，1831—1879年）：1864年12月8日，在英国皇家学会宣读论文“电磁场的动力学理论”中，预言了电磁波的存在，并从光速和电磁波的传播速度相等，大胆地预言“光是按照电磁定律经过场传播的电磁扰动”。1882年，基希尔霍夫基于麦克斯韦方程组用严格的数学方法导出了光波传播的衍射公式——菲涅尔—基希尔霍夫公式。1896年，索末菲首次给出了一个衍射问题的真正严格解。韦伯（W.E.Weber，1804—1891年）和柯尔劳斯（R.Kohlrausch，1809—1858年）：1856年通过莱比锡做的电学实验发现了电荷的电磁单位和静电单位的比值等于光在真空中的传播速度，即3×108m/s。波动光学时期：1650年前后——1888年前后光学15波动光学发展的特点：经历的时间比较长，过程较艰难曲折，仍然是理论与实践实验相结合相互验证和解释中发展。只有在1867年麦克斯韦电磁理论建立和电磁波预言之后，波动理论才完善和普遍被人们接受。波动光学时期：1650年前后——1888年前后光学16量子光学时期：1887年——1925年前后赫兹（H.R.Hertz，1857—1894年）：1887年发现了光电效应。普朗克（M.K.Planck，1858—1947年）：1900年为解释黑体辐射规律而提出了辐射的量子理论，开始了量子光学时期。爱因斯坦（A.Einstein，1879—1955年）：1905年为解释光电效应，从普朗克量子论出发和得到的启示，提出了光（量）子理论。该理论也为后后来的康普顿效应证实。光学17德布罗意（L.V.deBroglie，1892—1987年）：1924年提出物质波的学说。为1927年戴维孙（C.J.Davisson，1881—1958年）和革末（L.H.Germer，1896—1971年）所做的电子束衍射实验所证实。玻恩（M.Born，1882—1970年）：1925年提出的波粒二象性的概率解释建立了波动性和微粒性之间的联系——光和一切粒子都具有波粒地象性。量子光学时期：1887年——1925年前后光学18现代光学时期：1935年——荷兰人泽尼克（F.Zernike，—年）：1935年提出相衬原理——为1945年制造成相衬显微镜提供了理论依据。伽伯（D.Gabor，—年）：1948年提出了全息术原理。1955年提出了像质评价的光学传递函数的理论。梅曼（T.H.Maiman，1927—）：1960年成功研制成第一台激光器——红宝石激光器。光学本课程主要内容第一章光的干涉第二章光的衍射第三章几何光学的基本原理（自学）第四章光学仪器的基本原理(自学）第五章光的偏振第六章光的吸收、散射和色散第七章光的量子性第八章现代光学基础主要内容绪论