吉驭嫔 西化大学物理与化学学院 E-mail: jiyupin@163.com 手机：13730651742 物理光学 吉驭嫔 西化大学物理与化学学院 E-mail: jiyupin@163.com 手机：13730651742

什么是光？ 什么是光学？

Optics ——光学 狭义：关于光和 视见的科学. 广义：研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽 广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和 显示，以及光与物质相互作用的科学。

光学的发展简史 萌芽时期 几何光学时期 波动光学时期 量子光学时期 现代光学时期

萌芽时期 追溯到2000多年前，最初主要是试图回答疑问：“人怎么能看见周围的物体？”… 公元前400年左右，《墨经》中记录了世界上最早的光学知识：光的直线传播性（影的形成和针孔成像等），光在镜面（平面、 凹面和凸面）上的反射现象； 公元前300年前后，希腊欧几里德著《光学》一书，研究平面镜成像，但提出了光的“触须”学说； ………… 主要进展： 光的直线传播、反射和折射现象的观察和实验； 透镜的研究和应用。

几何光学时期（17~18C） 16C末~17C初，望远镜、显微镜的发明； 17C初，开普勒实验总结出反射角和入射角成正比关系； 主要进展： 建立了光的反射和折射定律，奠定了几何光学的基础！并发明了可扩大人眼观察能力的光学仪器。 光的本性研究：粗略提出了光的微粒说和光的波动说两种理论。

以牛顿为代表——光的微粒说 1665年，太阳光的实验——光谱、复色光与单色光。 牛顿环——可用第一暗环的空气隙的厚度来定量地表征相应的单色光。 微粒说——光是在真空或均匀媒质内遵从力学定律而作等速直线运动的微粒流，并解释折射和反射现象。 局限：不能解释衍射现象。

以惠更斯为代表——光的波动说 萌芽：17C下半叶，观察到光的衍射现象，对于薄膜的彩色干涉条纹的研究； 惠更斯创立了波动说：认为光是在特殊弹性媒质（以太）中传播的机械波；提出了次波理论。 局限：未能把波动过程的特性给予足够的说明，认为光是纵波。　　

波动光学时期（19C） 19C初，托马斯·杨解释了“薄膜颜色”和双缝干涉现象; 菲涅耳以杨氏干涉原理作补充，形成惠更斯-菲涅耳原理，据此可圆满地解释光的直线传播、干涉和衍射现象。 菲涅耳等展开对光的偏振研究，提出了光的横波假说.

波动光学时期（19C） 19C中，法拉第、韦伯、麦克斯韦等的研究表明，光是一种电磁现象。电场和磁场的改变，不能局限于空间的某一部分，而是以等于电流的电磁单位与静电单位的比值的速度传播着。该结论在1888年被赫兹的实验证实。 19C末，洛仑兹创立电子论，解释了物质发射和吸收光的现象，光在物质中传播的各种特点，及色散现象等。

量子光学时期（19C末~20C初） 普朗克提出了量子论——光的能量微粒（量子）称为光子; 爱因斯坦运用量子论解释了光电效应：光与物质相互作用时，是以光子为最小单位进行的。 爱因斯坦提出了狭义相对论基本原理，从根本上放弃了以太的概念。 德布罗意提出了物质波学说，并被实验所证实； 波恩提出的波粒二象性，其几率解释建立了波动性和微粒性之间的联系。光子和一切微观粒子都具有波粒二象性。 1）光是电磁波：从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象中得以确证； 2）光的量子性（微粒性）：从热辐射、光电效应、光压以及光的化学作用等得以证明。

现代光学时期（20C~） 激光器的出现： 1960年，梅曼制成了第一台可见光的红宝石激光器. 光学的发展： 光信息处理、激光物理、激光光谱学、非线性光学、集成光学、海洋光学、大气光学等。

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光学的研究内容 几何光学：利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种媒质中传播问题的学科。其基础是几个由实验得来的基本原理。 物理光学（波动光学）：从光的波动性出发，研究光在传播过程中所发生的现象的学科。它可以较方便的研究光的干涉、衍射、偏振，以及在各向异性的媒质中传播时所表现出的现象。其基础是经典电动力学的麦克斯韦方程组。 量子光学：从量子论出发，研究光与物质相互作用的学科。其基础主要是量子力学和量子电动力学。 应用光学：由许多与物理学紧密联系的、应用背景较强的、属于光学范围分支学科组成。

教学内容 教材：蔡履中《光学》，科学出版社 第一章 波动光学通论 第二章 光的干涉 —————— 期中考试 —————— 第三章 光的衍射 第一章 波动光学通论 第二章 光的干涉 —————— 期中考试 —————— 第三章 光的衍射 第四章 光在晶体中的传播 第五章 光的量子性 激光 —————— 期末考试 —————— 教学内容

教学任务与要求 任务： 要求：做好课堂笔记，按时完成作业，每章交一次作业。 考核方式：平时成绩（考勤、作业、期中考试）：30% 本课程研究的内容：阐述光的电磁性质，光在各向同性介质界面上的传播规律和光波的叠加与分析，光波的干涉和典型的干涉装置与应用、光波的衍射的基本原理、光的偏振及其在晶体中的传播等经典光学和现代光学的基本知识。 通过本课程的学习，培养学生运用理论分析和解决光学工程和光电信息工程中的工程光学问题的能力，使具有进一步学习和处理现代光学理论和技术的能力 要求：做好课堂笔记，按时完成作业，每章交一次作业。 考核方式：平时成绩（考勤、作业、期中考试）：30% 期末考试：70%

参考书目 《光学教程》（第四版），姚启钧编著，高等教育出版社 《光学教程》，叶玉堂编著，清华大学出版社 《光学》　赵凯华、钟锡华编著　北京大学出版社 《物理光学》（第三版），梁铨廷编著，机械工业出版社 《物理光学与应用光学》，石顺祥等编著，西安电子科技大学出版社

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