中山大學(xué)光學(xué)課件

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1、介紹教師、點名陳敏博士物理系電介質(zhì)物理實驗室主任物理系基礎(chǔ)物理課程體系第一主持人中國物理學(xué)會電介質(zhì)物理專業(yè)委員會委員Tel:84113390(O),84038630(H)E-mail:stscm@zsu.edu.cn介紹課程參考書：光學(xué)，易明，高等教育出版社，1999光學(xué)，王楚，湯俊雄，北京大學(xué)出版社，2001光學(xué)，趙凱華，鐘錫華，北京大學(xué)出版社，1984PrinciplesofOptics(7thedition)，M.Born，E.Wolf，世界圖書出版社，2001　第一章光學(xué)總論§1.1光學(xué)史光學(xué)是人們對光進行研究和應(yīng)用的

2、科學(xué)。???首先，它是一門古老的學(xué)科。早在4000年前的古埃及和約3000年前的中國，人們就有利用光學(xué)現(xiàn)象的先例。如銅鏡、凹面鏡取火（《周禮·考工記》，周朝）等。到了公園前400年，我國出現(xiàn)了有關(guān)針孔成像（《墨經(jīng)》，先秦。“景到（倒），在午有端，與景長，說在端。"）、平面鏡和球面鏡（《夢溪筆談》，宋朝）等早期光學(xué)實驗記錄。今天光學(xué)教科書的傳統(tǒng)內(nèi)容已十分豐富。???其次，它又是一門朝陽學(xué)科。自1960年激光問世以來，光學(xué)滲透到了各個領(lǐng)域，并出現(xiàn)了交叉分支。人們對光學(xué)的科學(xué)研究集中在光的本質(zhì)、光的傳播以及與物質(zhì)的相互作用方面。對于

3、光究竟是什么，直到17世紀才形成兩種看法各異的觀點――微粒說和波動說。???微粒說的代表人物是笛卡爾（R.Descartes）和牛頓（I.Newton）。其認為發(fā)光物體都發(fā)射光微粒，這些微?？稍谡婵栈蛲该鹘橘|(zhì)中以巨大速度沿直線運動。微粒說可解釋光的直線傳播、光的反射現(xiàn)象，亦可勉強解釋光的折射。但對實驗中相繼發(fā)現(xiàn)的大量光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象卻無法解釋。波動說是有胡克（R.Hooke）和惠更斯（C.Huygens）提出的。其認為光是一種波動，光的傳播不是微粒的運動，而是運動能量按波的形式遷移的過程。波動說能更簡單地解釋光的反射、

4、折射現(xiàn)象。遺憾的是由于把光現(xiàn)象看成某種機械運動過程，認為光是一種彈性波，因而必須臆想一種特殊的彈性介質(zhì)（以太）充滿空間，這種介質(zhì)應(yīng)密度極小和彈性模量極大。這些均無法實驗驗證。加之當時出于牛頓在力學(xué)方面的巨大貢獻，因此對波動說幾乎無人相信。直到19世紀初，由于楊氏（T.Young）、菲涅爾（A.J.Fresnel）等一批科學(xué)家的不懈努力，令人信服地用波動說解釋了光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象，波動理論的地位才被確立。在光學(xué)發(fā)展過程中，曾出現(xiàn)過令物理學(xué)家大為困惑的，極力尋找和證實的物質(zhì)――以太(ether)。既然光是一種波，那么，它賴以

5、傳播的介質(zhì)是什么？這個問題直到19世紀末隨著洛倫茲（H.A.Lorentz）創(chuàng)立電子論及隨后的場論，才使以太論最終拋棄。至此，人們以為最終認識了光的本質(zhì)。然而本世紀初，在解釋黑體輻射、光電效應(yīng)及康普頓散射等現(xiàn)象時，波動說卻無能為力。1905年，愛因斯坦（A.Einstein）重新提出光的粒子性概念――光子，從而解決了以上的問題。光有粒子性和波動性雙重性質(zhì)――波粒二相性，不同場合表現(xiàn)出的屬性不同。60年代，由于激光的發(fā)明，使得人們在光通訊、全息術(shù)、非線性光學(xué)、光信息處理等方面能大顯身手§1.2光的波長·光強光是一種電磁波對人的視

6、覺起作用的電磁波稱為可見光。波長范圍約為4000à～7000à波長以納米（nm）或埃（à）為單位。1nm=10－9m1à＝0.1nm=10－10m不同的波長，在視覺上形成不同的色覺。即赤、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中：紅6400~7500->紅外橙6000~6400黃5500~6000綠4800~5500藍4500~4800紫4000~4500->紫外人眼對5550à（555nm）的黃綠光最敏感理論上，只有單一頻率的光稱為單色光。實際的單色光光源總是包括了一定的波長范圍，稱之為準單色光。波長范圍越窄，單色性越好。激光光源的波長

7、范圍約為10－8à。按電磁理論，光在介質(zhì)中的速度（ε0＝8.85×10－12F/m，μ0＝4π×10－7H/m）因而真空中的光速(m/s)而一般介質(zhì)中的光速?????（一般v

8、向傳播，現(xiàn)考慮空間中任一點P的振動。設(shè)為P(x,y,z)，用矢量r表示。設(shè)光波速度為v，從o點傳到P的時間為t'，則t'=rcosθ/v而P點的振動可寫為U(r,t)=Acos(ωt-ωt')=Acos[ωt–(2π/λ)rcosθ](ω=2π/T,λ=T·v)定義：K所以有