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光 学 教 程 （第四版） 姚启钧原著 华东师大《光学》教材 编写组改编 主要参考书 1、母国光等《光学》，人民教育出版社 2、张阜权等《光学》，北京师范大学出版社 3、赵凯华等《光学》，北京大学出版社 4、E.赫克特等《光学》，人民教育出版社 5、兰斯别尔格 《光学》，人民教育出版社 编排特点 波动光学：第1章 光的干涉、第2章 光 的衍射、第5章 光的偏振 几何光学：第3章几何光学的基本原理、第4章 光学仪器的基本原理 光与物质间的相互作用：第6章 光的吸收、散射和色散 量子光学：第7章 光的量子性 现代光学：第8章 现代光学基础 经典光学： 1. 几何光学 光的传播、反射、折射、成像等。 2. 物理光学 ①波动光学：光的干涉、衍射、偏振等。 ②量子光学：光的吸收、散射、色散、光的本性等。 现代光学 ①激光光学：激光物理、激光技术、激光应用等。 ②全息光学：光学全息与信息处理等。 ③晶体光学：光波在晶体中的传播及晶体的电光效应等。 ④集成光学：集成光路理论及制造等。 ⑤ 傅立叶光学：光学傅立叶分析、傅立叶变换等。 ⑥ 激光光谱学：物质微观结构及分子运动规律的分析等。 ⑦ 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、受激布里渊散射、飞秒激光…… 绪论 Introduction 0.1光学的研究内容和方法 光的本性----光是什么 光的传播、发射、接收等规律 光和物质相互作用----吸收、散射、色散和光的机械作用，光的热、电、化学和生理效应 光在生产和社会生活中的应用 二、光学的重要性 年轻而古老：光缆、光盘等——远古到现代 基础加应用：力、热、电、光——工业、农 业、军事、天文学、医学、电 子学、材料科学、化学、生物、 通信等 理论与实验：张量、卷积、相关、δ函数、 傅氏变换——普通光学实验、 近代光学实验、现代光学实验等 0.2光学发展简史 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 0.2.1 萌芽时期： （远古~15世纪末、 16世纪初） 人与光的联系非常紧密，人类感官收到外部世界的总信息量中，至少有90%是通过眼睛获得的。光学的起源可追溯到古代。 从墨翟开始的两千多年的漫长岁月构成了光学发展的萌芽时期，在此期间光学发展比较缓慢。人类的光学知识仅限于一些现象和简单规律的描述，如光以球面形式从光源发出，入射光线和反射光线共面且垂直于界面等等。到15世纪末和16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的相继出现，预示着新的时期即将到来。 0.2.2几何光学时期： （16世纪初~19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，建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础。同时为了提高人眼的观察能力，人们发明了光学仪器，第一架望远镜的诞生促进了天文学和航海事业的发展，显微镜的发明给生物学的研究提供了强有力的工具。到17世纪中叶，基本上已经奠定了几何光学的基础。 17世纪下半叶，牛顿和惠更斯等人把光的研究引向讨论光的本性的方向上。牛顿根据光的直线传播性质，提出了光是微粒流的理论。惠更斯反对光的微粒说，从声和光的某些现象的相似性出发，认为光是在“以太”中传播的波。这一时期中，在以牛顿为代表的微粒说占统治地位的同时，以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了。 0.2.3 波动光学时期 （19世纪初~20世纪初） 到了19世纪初，初步发展起来的波动光学的体系已经形成。1801年杨氏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“杨氏双缝干涉实验”，还第一次成功的测定了光的波长。1815年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惠更斯—菲涅耳原理。 因此，到十九世纪中叶，光的波动理论战胜了微粒学，而牢固的建立起来了。 惠更斯的旧波动理论的弱点和微粒理论一样，它们都带有机械论的色彩，认为光是一种弹性波，这样就必须臆想一种特殊的弹性媒质----以太充满空间。为了不与观测事实相抵触，以太必须具有极其矛盾的属性：密度极小和弹性模量极大，这不仅在实验中无法证实，在理论上也行不通。 1808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。 1845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1865年的理论研究说明光是一种电磁现象。这个理论在1888年被赫兹的实验所证实。至此，确立了光的电磁理论。 光的电磁理论在整个物理学的发展中起着很重要的作用，它指出光和电磁现象的一致性，使人们在认识光的本性方面向前迈出了一大步。 光速的测定。 物理学大厦： 力、热、电磁、光 两朵乌云： 热辐射、迈克尔逊—莫雷实验（以太） 量子光学时期：十九世纪末~20世纪中 19世纪末到20世纪初是物理学发生伟大变化的时代，在各个领域都发现了经典理论不能解释的现象。在光学中，有黑体辐射、光电效应和康普顿效应等现象，经典物理大厦受到越来越多的攻击。光学的研究在深入到光的发射，光和物质相互作用的微观机构中时，光的经典理论就不能解释某些现象了。 至此，人们一方面通过光的干涉、衍射和偏振等光学现象证实了光的波动性；另一方面通过黑体辐射、光电效应和康普顿效应等又证实了光的量子性——粒子性。 光的本性——物质（实物和场）的本性——波粒二象性 现代光学时期：20世纪中~ 三件大事： ① 1948 全息术 ② 1955 光学传递函数 ③ 1960 激光器的诞生
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