1. 1 绪论 Introduction 主讲人：尹国盛 教授 河南大学物理与信息光电子学院

2. 2 主 要 内 容主 要 内 容  一、什么是光学  二、光学的研究对象  三、光学的发展简史  四、光学的特点  五、怎样才能学好光学

3. 3 一、什么是光学  光是一种重要的自然现象，我们之所以 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。  光学是研究光的传播以及它和物质相互 作用问题的学科。

4. 4 二、光学的研究对象  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。

5. 5  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。

6. 6 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 ……

7. 7 三、光学的发展简史  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

8. 8  萌芽时期：远古 ~15 世纪末、 16 世纪初 光学的起源可追溯到古代，我国春秋战国时期， 墨翟（前 468~ 前 376 ）及其弟子所著的《墨经》中， 就记载着光的直线传播（影的形成和针孔成像等） 和光在镜面（凹面和凸面）上的反射等现象，并提 出了一系列经验规律，把物和像的位置及其大小与 所用镜面的曲率联系起来。无论就时间还是就科学 性来讲，《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 100 多 年。

9. 9 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。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。

10. 10  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。

11. 11 17 世纪下半叶，牛顿和惠更斯等人把光 的研究引向进一步发展的道路。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。

12. 12  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。

13. 13 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。

14. 14 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）

15. 15  量子光学时期： 20 世纪初 ~20 世纪中 19 世纪末到 20 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。 1905 年爱因斯坦 发展了普朗克的能量子假设，把量子论贯穿 到整个辐射和吸收过程中，提出了杰出的光 量子（光子）理论，圆满地解释了光电效应， 并被后来的许多实验（例如康普顿效应）证 实。

16. 16 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

17. 17  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

18. 18 四、光学的特点  年轻而古老：光缆、光盘等 —— 远古  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

19. 19 五、怎样才能学好光学 师生配合  认真备课  因材施教  重点突出  方法先进  为人师表  要求严格  按时上课  认真听讲  搞好复习  办好作业  注重实践  创新思维

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