大学光学光的干涉.ppt
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1、我想知道我想知道这是为什么,这是为什么,我想知道我想知道这为什么。这为什么。我想知道我想知道为什么我想知道这是为什么。为什么我想知道这是为什么。我想知道我想知道究竟为什么我非要知道究竟为什么我非要知道我为什么想知道我为什么想知道这是为什么!这是为什么!-费因曼费因曼绪论绪论 二、光学的分类二、光学的分类 物理光学物理光学 光学光学是研究是研究光的光的产生、发射、传播、接收、产生、发射、传播、接收、光与物质相光与物质相互作用互作用的学科,的学科,是物理学的一个重要分科。是物理学的一个重要分科。一、什么是光学一、什么是光学 光光是一种重要的自然现象,我们之所以能看到客观世界是一种重要的自然现象,我
2、们之所以能看到客观世界中的景象,是因为眼睛接受物体发射、反射或散射的光。中的景象,是因为眼睛接受物体发射、反射或散射的光。1 1几何光学(几何光学(Geometrical OpticsGeometrical Optics)以光的直线传播等实验定律为基础,用几何学方法研究以光的直线传播等实验定律为基础,用几何学方法研究光学仪器成象的规律和消除像差的方法及特殊光学仪器的设光学仪器成象的规律和消除像差的方法及特殊光学仪器的设计原理等。光学的这一分支称为几何光学。计原理等。光学的这一分支称为几何光学。3.3.现代光学现代光学 激光光学:激光物理、激光技术、激光应用等。激光光学:激光物理、激光技术、激光
3、应用等。全息光学:光学全息与信息处理等。全息光学:光学全息与信息处理等。晶体光学:光波在晶体中的传播及晶体的电光效应等。晶体光学:光波在晶体中的传播及晶体的电光效应等。集成光学:集成光路理论及制造等。集成光学:集成光路理论及制造等。2 2物理光学(物理光学(Phyciccal OpticsPhyciccal Optics)以光的波动性和粒子性为基础,研究光现象的基本规律。以光的波动性和粒子性为基础,研究光现象的基本规律。波动光学波动光学研究光的波动性即干涉、衍射、偏振的学科。研究光的波动性即干涉、衍射、偏振的学科。量子光学量子光学用光的量子理论研究光与物质相互作用的微用光的量子理论研究光与物质
4、相互作用的微 观机制、遵从的规律及其应用的学科。观机制、遵从的规律及其应用的学科。傅立叶光学:光学傅立叶分析、傅立叶变换等。傅立叶光学:光学傅立叶分析、傅立叶变换等。激光光谱学:物质微观结构及分子运动规律的分析等。激光光谱学:物质微观结构及分子运动规律的分析等。非线性光学:光学介质与强光的相互作用。非线性光学:光学介质与强光的相互作用。瞬态光学、光纤通信、光信息存储、受激拉曼散射、瞬态光学、光纤通信、光信息存储、受激拉曼散射、受激布里渊散射、飞秒激光受激布里渊散射、飞秒激光三、对光本性的认识三、对光本性的认识1 1、萌芽时期(、萌芽时期(远古远古-15-15世纪末、世纪末、1616世纪初)世纪
5、初)光学的起源可追溯到古代,我国春秋战国时期,墨翟(光学的起源可追溯到古代,我国春秋战国时期,墨翟(前前468468 前前376376)及其弟子所著的)及其弟子所著的墨经墨经中,就记载着中,就记载着光的直线传光的直线传播(影的形成和针孔成像等)和光在镜面(凹面和凸面)上的播(影的形成和针孔成像等)和光在镜面(凹面和凸面)上的反射反射等现象,并提出了一系列经验规律,等现象,并提出了一系列经验规律,把物和像的位置及其把物和像的位置及其大小与所用镜面的曲率联系起来。克莱门德大小与所用镜面的曲率联系起来。克莱门德(Cleomedes)(Cleomedes)和和托勒托勒密密(C.Ptolemy(C.Pt
6、olemy,公元公元90-16890-168年年)研究了研究了光的折射光的折射现象,最先现象,最先测定测定了光通过两种介质分界面时的入射角和折射角了光通过两种介质分界面时的入射角和折射角。培根培根(R.Bacon(R.Bacon,公元公元1214-12941214-1294年年)提出提出用透镜校正视力和采用透镜组构成望用透镜校正视力和采用透镜组构成望远镜远镜的可能性,并描述过的可能性,并描述过透镜焦点的位置透镜焦点的位置。无论就时。无论就时间还是就科学性来讲,间还是就科学性来讲,墨经称得上是有关光学知识的最早墨经称得上是有关光学知识的最早记录。比希腊数学家欧几里德所著的光学早记录。比希腊数学家
7、欧几里德所著的光学早100100多年多年。到。到1515世纪末和世纪末和1616世纪初,凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱世纪初,凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件和幻灯等光学元件的相继出现,预示几何光学时期即将到来。的相继出现,预示几何光学时期即将到来。2 2、几何光学时期、几何光学时期(1616世纪初世纪初 1919世纪初)世纪初)这一时期可以称为光学发展史上的转折点。在这个时期,这一时期可以称为光学发展史上的转折点。在这个时期,建立了建立了光的反射定律和折射定律,光的反射定律和折射定律,奠定了几何光学的基础。同奠定了几何光学的基础。同时为了提高人眼的观察能力,人们时为了提
8、高人眼的观察能力,人们发明了光学仪器发明了光学仪器,第一架望,第一架望远镜的诞生促进了天文学和航海事业的发展,显微镜的发明给远镜的诞生促进了天文学和航海事业的发展,显微镜的发明给生物学的研究提供了强有力的工具。生物学的研究提供了强有力的工具。到到1717世纪中叶,基本上已世纪中叶,基本上已经奠定了几何光学的基础经奠定了几何光学的基础。1717世纪下半叶世纪下半叶,牛顿根据光的直线,牛顿根据光的直线传播性质,提出了传播性质,提出了光是微粒流的理论。光是微粒流的理论。惠更斯惠更斯反对光的微粒说,反对光的微粒说,从声和光的某些现象的相似性出发,从声和光的某些现象的相似性出发,认为光是在认为光是在“以
9、太以太”中传中传播的波播的波。这一时期中,在以牛顿为代表的微粒说占统治地位的。这一时期中,在以牛顿为代表的微粒说占统治地位的同时,以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了。同时,以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了。3 3、波动光学时期(、波动光学时期(1919世纪初世纪初 2020世纪初)世纪初)1919世纪初世纪初,初步发展起来的,初步发展起来的波动光学波动光学的体系已经形成。的体系已经形成。18011801年杨氏年杨氏最先用干涉原理令人满意的解释了白光照射下薄最先用干涉原理令人满意的解释了白光照射下薄膜颜色的由来并做了著名的膜颜色的由来并做了著名的“杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验”,还第一
10、还第一次成功的测定了光的波长。次成功的测定了光的波长。18151815年年菲涅耳用杨氏干涉原理补菲涅耳用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理,形成了人们所熟知的充了惠更斯原理,形成了人们所熟知的惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理。1808 1808年马吕斯偶然发现光在两种介质界面上反射时的偏年马吕斯偶然发现光在两种介质界面上反射时的偏振现象。随后振现象。随后菲涅耳和阿拉果对光的偏振现象和偏振光的干菲涅耳和阿拉果对光的偏振现象和偏振光的干涉进行了研究。涉进行了研究。1845 1845年法拉第揭示了光学现象和电磁现象的内在联系。年法拉第揭示了光学现象和电磁现象的内在联系。麦克斯韦在麦克斯韦在18651865
11、年的理论研究说明光是一种电磁现象年的理论研究说明光是一种电磁现象。这个。这个理论在理论在18881888年被赫兹的实验所证实年被赫兹的实验所证实。至此,确立了。至此,确立了光的电磁光的电磁理论理论。电磁波的波谱为电磁波的波谱为:宇宙射线宇宙射线 10-1010-8m射线射线 10-810-4mX射线射线 10-510-1m光波光波 10-3101m软软X射线射线 10-31.5X10-1m真空真空X射线射线 1.5X10-10.25m紫外线紫外线 0.250.4m可见光可见光 0.390.77m紫紫 390450nm靛靛蓝蓝 450492nm绿绿 492577nm 黄黄 577597nm橙橙
12、597622nm红红 620770nm近红外线近红外线 0.771.5m中红外线中红外线 1.515m远红外线远红外线 151000m微波微波 10103mm短波短波 103105mm中波中波 105106mm长波长波 107mm 光的电磁理论在整光的电磁理论在整个物理学的发展中起着个物理学的发展中起着很重要的作用,它指出很重要的作用,它指出光和电磁现象的一致性,光和电磁现象的一致性,使人们在认识光的本性使人们在认识光的本性方面向前迈出了一大步。方面向前迈出了一大步。5 5、现代光学时期(、现代光学时期(2020世纪中世纪中 2020世纪末)世纪末)4 4、量子光学时期(、量子光学时期(202
13、0世纪初世纪初 2020世纪中)世纪中)1919世纪末到世纪末到2020世纪初,光学的研究深入到光的发生、光和世纪初,光学的研究深入到光的发生、光和物质相互作用的微观机制中,开始了量子光学时期。物质相互作用的微观机制中,开始了量子光学时期。19051905年爱年爱因斯坦发展了普朗克的能量子假设因斯坦发展了普朗克的能量子假设,把量子论贯穿到整个辐射,把量子论贯穿到整个辐射和吸收过程中,提出了杰出的和吸收过程中,提出了杰出的光量子(光子)理论光量子(光子)理论,圆满地解,圆满地解释了释了光电效应光电效应,并被后来的许多实验(例如康普顿效应)证实。,并被后来的许多实验(例如康普顿效应)证实。至此,至
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