現(xiàn)代光學(xué)工程緒論

1、現(xiàn)代光學(xué)工程緒論 光學(xué)發(fā)展回顧光學(xué)發(fā)展回顧鉆石和光鉆石和光飛秒激光束飛秒激光束 顯微目鏡顯微目鏡 折射率折射率 變化變化XYZ 臺(tái)臺(tái)墨子對(duì)光學(xué)很有研究，對(duì)于光的直線傳播、光的反射和若干物影成像，進(jìn)行了精墨子對(duì)光學(xué)很有研究，對(duì)于光的直線傳播、光的反射和若干物影成像，進(jìn)行了精彩的描述。彩的描述。 有一次，墨子進(jìn)行光學(xué)實(shí)驗(yàn)，他在堂屋朝陽(yáng)的地方，讓一個(gè)人對(duì)著小孔站在屋有一次，墨子進(jìn)行光學(xué)實(shí)驗(yàn)，他在堂屋朝陽(yáng)的地方，讓一個(gè)人對(duì)著小孔站在屋外，在陽(yáng)光的照射下，屋內(nèi)相對(duì)的墻上出現(xiàn)倒立人像。墨子通過(guò)小孔成像的光學(xué)外，在陽(yáng)光的照射下，屋內(nèi)相對(duì)的墻上出現(xiàn)倒立人像。墨子通過(guò)小孔成像的光學(xué)實(shí)驗(yàn)，闡述了光的直線傳播原理，

2、成為后代攝影技術(shù)的先聲。實(shí)驗(yàn)，闡述了光的直線傳播原理，成為后代攝影技術(shù)的先聲。 墨子及其弟子的著作，統(tǒng)稱為墨子及其弟子的著作，統(tǒng)稱為墨子墨子。其中。其中經(jīng)上經(jīng)上，經(jīng)下經(jīng)下、經(jīng)說(shuō)經(jīng)說(shuō)上上、經(jīng)說(shuō)下經(jīng)說(shuō)下及及大取大取、小取小取六篇，專說(shuō)名辯和時(shí)間、空間、物質(zhì)結(jié)六篇，專說(shuō)名辯和時(shí)間、空間、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、代數(shù)、幾何等內(nèi)容構(gòu)、力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、代數(shù)、幾何等內(nèi)容.光學(xué)發(fā)展：光學(xué)發(fā)展：幾何光學(xué)幾何光學(xué)南宋程大昌南宋程大昌 演繁露演繁露中記載到：中記載到：“凡雨初霽，或露之未晞，余凡雨初霽，或露之未晞，余點(diǎn)綴于草木枝葉之末，欲墜不墜，則皆聚為圓點(diǎn)，光瑩可喜。日點(diǎn)綴于草木枝葉之末，欲墜不墜，則皆聚為

3、圓點(diǎn)，光瑩可喜。日光入之，五色俱足，閃爍不定。是乃日之光品著色于水，而非雨光入之，五色俱足，閃爍不定。是乃日之光品著色于水，而非雨露有此五色也。露有此五色也?！?恩培多克勒（恩培多克勒（Empedocles 公元前公元前490-430）和歐幾里得）和歐幾里得（Euclid ,公元前公元前300）關(guān)于光學(xué)的系統(tǒng)著作。）關(guān)于光學(xué)的系統(tǒng)著作。法國(guó)法國(guó) 笛卡兒笛卡兒 16381638年，提出一種無(wú)所不在的年，提出一種無(wú)所不在的“以太以太”假說(shuō)，拒絕接受超距作用的解釋，堅(jiān)持認(rèn)為力只能通假說(shuō)，拒絕接受超距作用的解釋，堅(jiān)持認(rèn)為力只能通過(guò)物質(zhì)粒子和與之緊鄰的粒子相接觸來(lái)傳播，把熱和過(guò)物質(zhì)粒子和與之緊鄰的粒子相

4、接觸來(lái)傳播，把熱和光看成是以太中瞬時(shí)傳播的壓力。光看成是以太中瞬時(shí)傳播的壓力。屈光學(xué)屈光學(xué)中提出中提出光的粒子假說(shuō)，并用以推出光的折射定律。光的粒子假說(shuō)，并用以推出光的折射定律。斯涅耳（斯涅耳（W. Snell, W. Snell, 約約1580-1626)1580-1626)、費(fèi)馬（、費(fèi)馬（P.Fermat, P.Fermat, 1601-1665)1601-1665)英國(guó)英國(guó) 牛頓牛頓,1704,1704年，年，光學(xué)光學(xué)一書出版。隨著天文學(xué)、一書出版。隨著天文學(xué)、力學(xué)和光學(xué)的出現(xiàn)，物理學(xué)在十八世紀(jì)開始成為科學(xué)力學(xué)和光學(xué)的出現(xiàn)，物理學(xué)在十八世紀(jì)開始成為科學(xué). .牛頓則持光的微粒說(shuō)，他認(rèn)為波動(dòng)

5、說(shuō)的最大障礙是不牛頓則持光的微粒說(shuō)，他認(rèn)為波動(dòng)說(shuō)的最大障礙是不能解釋光的直線進(jìn)行。他提出發(fā)光物體發(fā)射出以直線能解釋光的直線進(jìn)行。他提出發(fā)光物體發(fā)射出以直線運(yùn)動(dòng)的微粒子、微粒子流沖擊視網(wǎng)膜就引起視覺。它運(yùn)動(dòng)的微粒子、微粒子流沖擊視網(wǎng)膜就引起視覺。它也能解釋光的折射與反射，甚至經(jīng)過(guò)修改也能解釋也能解釋光的折射與反射，甚至經(jīng)過(guò)修改也能解釋F.M.F.M.格里馬爾迪發(fā)現(xiàn)的格里馬爾迪發(fā)現(xiàn)的“衍射衍射”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。光的機(jī)械論認(rèn)識(shí)光的機(jī)械論認(rèn)識(shí)- 粒子光學(xué)：粒子光學(xué)：惠更斯惠更斯在在1690年出版的年出版的光論光論一書中正式提出了光的波動(dòng)說(shuō)，一書中正式提出了光的波動(dòng)說(shuō)，建立了著名的惠更斯原理。在此原理基礎(chǔ)上

6、，他推導(dǎo)出光的反射建立了著名的惠更斯原理。在此原理基礎(chǔ)上，他推導(dǎo)出光的反射和折射定律，圓滿的解釋了光速在光密介質(zhì)中減小的原因，同時(shí)和折射定律，圓滿的解釋了光速在光密介質(zhì)中減小的原因，同時(shí)還解釋了光進(jìn)入冰洲石所產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象，認(rèn)為這是由于冰洲還解釋了光進(jìn)入冰洲石所產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象，認(rèn)為這是由于冰洲石分子微粒為橢圓形所致。后來(lái)，菲涅耳對(duì)惠更斯的光學(xué)理論作石分子微粒為橢圓形所致。后來(lái)，菲涅耳對(duì)惠更斯的光學(xué)理論作了發(fā)展和補(bǔ)充，創(chuàng)立了了發(fā)展和補(bǔ)充，創(chuàng)立了“惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理”，才較好地解釋，才較好地解釋了衍射現(xiàn)象，完成了光的波動(dòng)說(shuō)的全部理論了衍射現(xiàn)象，完成了光的波動(dòng)說(shuō)的全部理論。胡克是

7、光的波動(dòng)說(shuō)支持者。胡克是光的波動(dòng)說(shuō)支持者。1665年，胡克提出了光的波動(dòng)說(shuō)，年，胡克提出了光的波動(dòng)說(shuō)，他認(rèn)為光的傳播與水波的傳播相似。他認(rèn)為光的傳播與水波的傳播相似。1672年胡克進(jìn)一步提出光年胡克進(jìn)一步提出光波是橫波的概念。波是橫波的概念。 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué)楊氏（楊氏（T.Young 1773-1829)T.Young 1773-1829)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)為波動(dòng)光學(xué)的復(fù)興作出楊氏干涉實(shí)驗(yàn)為波動(dòng)光學(xué)的復(fù)興作出了開創(chuàng)性的工作。用干涉原理解釋牛頓環(huán)的成因和薄膜的彩色，了開創(chuàng)性的工作。用干涉原理解釋牛頓環(huán)的成因和薄膜的彩色，并第一個(gè)近似地測(cè)定了七種顏色的光的波長(zhǎng)，從而完全確認(rèn)了光并第一個(gè)近似地測(cè)定了七種

8、顏色的光的波長(zhǎng)，從而完全確認(rèn)了光的周期性，為光的波動(dòng)理論找到了又一個(gè)強(qiáng)有力的證據(jù)。的周期性，為光的波動(dòng)理論找到了又一個(gè)強(qiáng)有力的證據(jù)。菲涅耳菲涅耳(17881827) ；菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理為基礎(chǔ)，；菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理為基礎(chǔ)，用新的定量形式建立了以他們的姓氏命名的惠更斯菲涅耳原理。用新的定量形式建立了以他們的姓氏命名的惠更斯菲涅耳原理。解釋了衍射現(xiàn)象，完成了光的波動(dòng)說(shuō)的全部理論解釋了衍射現(xiàn)象，完成了光的波動(dòng)說(shuō)的全部理論 法拉第 (1817-1867) 法拉第由于對(duì)電磁學(xué)作出的貢獻(xiàn)而成為法拉第由于對(duì)電磁學(xué)作出的貢獻(xiàn)而成為19世世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家之一紀(jì)最偉大的物理學(xué)家之一 。 麥

9、克斯韋是繼法拉第之后，集電磁學(xué)大成的偉大科學(xué)家，建立了第一個(gè)完整的麥克斯韋是繼法拉第之后，集電磁學(xué)大成的偉大科學(xué)家，建立了第一個(gè)完整的電磁理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象電磁理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的一次大綜合。的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的一次大綜合。麥克斯韋麥克斯韋 (1831-1879)對(duì)于光波的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)對(duì)于光波的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)電磁波：電磁波：赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，赫茲先求出振蕩器的赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，赫茲先求出振蕩器的頻率，又以檢波器量得駐波的波長(zhǎng)，二者乘積即電磁波頻率，

10、又以檢波器量得駐波的波長(zhǎng)，二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預(yù)測(cè)的一樣，電磁波傳播的的傳播速度。正如麥克斯韋預(yù)測(cè)的一樣，電磁波傳播的速度等于光速。速度等于光速。1889年在一次著名的演說(shuō)中，赫茲明確年在一次著名的演說(shuō)中，赫茲明確的指出，光是一種電磁現(xiàn)象。的指出，光是一種電磁現(xiàn)象。赫茲赫茲 (1857-1894) 近代和現(xiàn)代光學(xué)：近代和現(xiàn)代光學(xué)：光譜學(xué)光譜學(xué) 基爾霍夫（G. R. Kirchhoff,18241887）本生 R. W. Bunsen(18111899 ) 1815年，夫瑯和費(fèi)年，夫瑯和費(fèi)(J.V.Fraunhofer,17871826)開始用分光鏡研開始用分光鏡研究太陽(yáng)光譜

11、中的暗線。究太陽(yáng)光譜中的暗線。量子光學(xué)量子光學(xué)薛定諤Erwin Schrdinger1887-1961海森伯Werner Karl Heisenberg1901-1976 尼爾斯玻爾Niels Bohr1885-1962普朗克Max Karl Ernst Ludwig Planck1858-1947愛因斯坦愛因斯坦 (1879-1955)非線性光學(xué)非線性光學(xué) 1958年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的Arthur Schawlow和哥倫比亞大學(xué)的和哥倫比亞大學(xué)的Charles Townes發(fā)表了發(fā)表了“紅外線和光激射器紅外線和光激射器”這篇論文為后來(lái)激光技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的這篇論文為后來(lái)激光技術(shù)和應(yīng)

12、用領(lǐng)域的發(fā)展開辟了道路，發(fā)展開辟了道路，1960年，休斯頓航空公司的年，休斯頓航空公司的Theodore Malman 用人造紅用人造紅寶石制造了一個(gè)激光器。寶石制造了一個(gè)激光器。20世紀(jì)世紀(jì)60年代，非線性光學(xué)年代，非線性光學(xué)光子學(xué)（光子學(xué)（Photonics）：是以光子作為信息載體的一門系統(tǒng)性科學(xué)：是以光子作為信息載體的一門系統(tǒng)性科學(xué) 研究光子與物質(zhì)相互作用、光子的本質(zhì)，以及光子的研究光子與物質(zhì)相互作用、光子的本質(zhì)，以及光子的產(chǎn)生、傳播、探測(cè)等微觀機(jī)制。產(chǎn)生、傳播、探測(cè)等微觀機(jī)制。 p 光子學(xué)器件光子學(xué)器件p 光通信光通信 p 光存儲(chǔ)光存儲(chǔ) p 光信息處理和計(jì)算光信息處理和計(jì)算 本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容：本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容：