物理光學梁銓廷第四版課件.ppt

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波動光學,廣州大學物理與電子工程學院劉翠紅陳志峰,光的波動性：研究光的傳輸規(guī)律及其應用的學科波動光學的基礎：經(jīng)典電動力學的麥克斯韋方程組波動光學并不詳論介電常數(shù)和磁導率與物質結構的關系，而側重于解釋光波的表現(xiàn)規(guī)律。波動光學可以解釋光在散射媒質和各向異性媒質中傳播時現(xiàn)象，以及光在媒質界面附近的表現(xiàn)；也能解釋色散現(xiàn)象和各種媒質中壓力、溫度、聲場、電場和磁場對光的現(xiàn)象的影響。,前言,一、研究對象和內容,一、研究對象和內容,1.傳統(tǒng)內容主要有：光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象，光在各向同性介質中的傳播規(guī)律（包括光的反射和折射，光的吸收、色散和散射規(guī)律），光在各向異性晶體中的傳播規(guī)律等，以及在各領域中的應用。2.近代發(fā)展的內容：薄膜光學理論、全息照相、光學信息處理...,二、波動光學的應用,波動光學是一門應用性很強的學科。特別是激光問世后，它在科學技術各領域中的應用十分廣泛，尤其在生產(chǎn)和國防上有著重要的應用。今天，它已經(jīng)被應用到通信、醫(yī)療、受控熱核反應、航天、信息處理等高新技術領域，為科學技術的發(fā)展、生產(chǎn)的發(fā)展和鞏固國防做出貢獻。在精密測量方面，各種光學零件的表面粗糙度、平面度，以及長度、角度的測量，至今最精確的仍然是波動光學方法。,二、波動光學的應用,另外，還用波動光學方法測量光學系統(tǒng)的各種像差，評價光學系統(tǒng)的成像質量等。以光的干涉原理為基礎的各種干涉儀器，是光學儀器中數(shù)量頗多且最為精密的一個組成部分。根據(jù)衍射原理制成的光柵光譜儀，在分析物質的微觀結構（原子、分子結構）和化學成分等方面起著最為主要的作用。,近幾十年來，由于現(xiàn)代光學的崛起，發(fā)展了一批新型的光學儀器，如相襯顯微鏡、光學傳遞函數(shù)儀、傅里葉變換光譜儀，以及各種全息和信息處理裝置、電光和光電轉換（光電池、CCD）裝置、激光器等。它們在物質結構分析、光通信、光計算（光學計算機）、成像和顯示技術、材料加工、醫(yī)學和軍事等方面的應用越來越重要。因此，學好本課程對于本專業(yè)學生的專業(yè)發(fā)展十分重要！,二、波動光學的應用,激光原理光電子技術光信息處理技術光纖通信光纖通信實驗激光技術實驗光電子技術綜合實驗,與之相關的后續(xù)課程,光電成像原理與技術光電檢測與信號處理光纖傳感技術激光光譜學,三、波動光學發(fā)展歷史,光學的萌芽時期可以追溯到2000多年前，墨子在所著的《墨經(jīng)》中記載了光的直線傳播、小孔成像等光學規(guī)律；古希臘歐幾里德（Euclid）在其著作中也有光的直線傳播和反射定律的記載。不過，對光的物理本性進行認真研究卻是從17世紀開始的。當時，有兩種關于光的本性的說法：以牛頓為代表的微粒說和以惠更斯為代表的波動說。,三、波動光學發(fā)展歷史,微粒說：認為光是具有有限速度的粒子流。波動說：認為光是在“以太”（一種假想的彈性媒質）中傳播的波（機械波）。由于當時牛頓在物理學界享有至高無尚的權威，人們普遍地接受光的微粒說。,三、波動光學發(fā)展歷史,直到19世紀前半葉，一連串的實驗事實和根據(jù)波動說對這些實驗的成功解釋，才使人們完全地拋棄微粒說，確信光的波動說。這些實驗包括：楊氏和菲涅耳等人的干涉實驗、衍射實驗、馬呂斯的反射光偏振實驗以及傅科測量水中光速實驗（結果是水中光速小于空氣中光速）。這樣，在19世紀，光的本性問題似乎最后被解決了。,然而惠更斯，菲涅耳等人的波動說在光波的傳播媒質——“以太”問題上卻遇到了困難。為了說明光具有極大傳播速度的實驗事實，必須假想“以太”的一些奇特性質：密度極小和彈性模量極大。這顯然是荒謬的，同時也表明物理光學的基礎還停留在不能令人滿意的狀態(tài)。這種狀態(tài)的改變一直延續(xù)到19世紀60年代，麥克斯韋在總結前人在電磁學方面的研究成果的基礎上，建立起一套完整的電磁場理論。他預言了電磁波的存在，并指出光是一種波長很短的電磁波。,三、波動光學發(fā)展歷史,由于按照光的電磁波理論去闡明光學現(xiàn)象非常成功，也由于后來的邁克耳孫-莫雷實驗否認了“以太”的存在，所以人們就自然地放棄了惠更斯、菲涅耳的機械波理論，而接受光的電磁波理論。歷史表明，建立在電磁波理論基礎上的物理光學學說是物理光學發(fā)展進程中的一個重大飛躍。波動光學在20世紀，尤其在激光問世后，更得到長足的發(fā)展。,三、波動光學發(fā)展歷史,,,,,反射、折射,反射、折射、干涉、衍射,粒子性（牛頓微粒說）,波動性（惠更斯波動說）,波粒二象性,波動性（麥克斯韋、赫茲光的電磁理論）,粒子性（愛因斯坦、康普頓光子說）,四、本課程主要內容,光的電磁理論光的干涉及應用光的衍射與現(xiàn)代光學光的偏振和晶體光學器件,五、參考教材,1.物理光學（第四版）梁銓廷電子工業(yè)出版社20122.物理光學簡明教程梁銓廷劉翠紅電子工業(yè)出版社20103.物理光學學習指導與題解（第2版）劉翠紅電子工業(yè)出版社2013,一、主要教材,1.趙凱華,鐘錫華,《光學》（上、下）,北京：北京大學出版社,20082.母國光,戰(zhàn)元齡,《光學》,北京：人民教育出版社,19793.曲林杰等《物理光學》，北京：國防工業(yè)出版社，19804.葉玉堂《光學教程》，北京：清華大學出版社5.章志鳴等，《光學》,北京：高等教育出版社，20096.M.玻恩，E.沃耳夫《光學原理》（第七版）,楊葭蓀譯北京：電子工業(yè)出版社,20097.A.加塔克，光學，梁銓廷等譯，機械工業(yè)出版社，1984A.加塔克Optics（第四版）清華大學出版社20108.J.P.馬蒂厄，光學（上、下），1987,二、參考教材,六、參考網(wǎng)站,國內光谷社區(qū)光電工程師社區(qū)飛達光學網(wǎng)松鋮光學激光世界中國光學薄膜在線中國光學光電子行業(yè)網(wǎng)中國光學期刊網(wǎng),國外http://www.opticsexpress.org光學快報http://www.iop.org/EJ（期刊中心）,