光學第0章緒論

1、光光 學學23緒論緒論0.1 0.1 光學的研究內容和方法（光學的研究內容和方法（Content and Content and research method in Opticsresearch method in Optics）0.2 0.2 光學發(fā)展簡史（光學發(fā)展簡史（Brief history of optics)Brief history of optics)4 四大部分幾何光學0.1 光學的研究內容和方法（Content and research method in Optics）波動光學量子光學現代光學經經典光學學現現代光學學過渡（光的吸收、 散射、色散）5光學發(fā)展史的五大階段光

2、學發(fā)展史的五大階段 時期 階段 實驗 理論 代表人物萌芽遠古-16世紀 (簡單) 光學元件反射定律 歐幾里德（前33-前275）幾何17-18世紀 望遠鏡和 顯微鏡(合)折射定律 開普勒/笛卡兒斯涅耳/牛頓波動19世紀楊氏/馬呂斯波長/聲速光的電磁理論楊氏/菲涅耳馬呂斯量子19世紀末-20世紀中葉 黑體/光電康普頓效應波粒二象性物質波愛因斯坦/麥克斯韋/普朗克現代20世紀中葉-現代 激光/傳遞函數/全息光的受激輻射肖洛等0.2 光學發(fā)展簡史（發(fā)展簡史（Brief history of optics)6 斯涅耳 willebrord Snell (1591-1626) 荷蘭數學家及物理學家。16

3、13年任萊頓大學教授。1617年最早用三角方法求經度的長度，因而可測地球的大小。1621年發(fā)現光的折射定律，也稱斯涅耳定律，可惜末撰寫論文發(fā)表，只是講述此定律。7 惠更斯 Christian Huygens (16291695) 荷蘭物理學家、數學家、天文學家。 1655 年獲法學博士學位。1663年成為倫敦皇家學會的第一位外國會員。在在力學方面，力學方面， 惠更斯于1673年解決了物理擺的擺動中心問題；改進了用擺來控制的時鐘，還發(fā)明了測微計。他最重要的貢獻他最重要的貢獻是建立了光的波動學說，打破了當時流行的光的微粒學說，并提出波面在媒質中傳播的規(guī)律 ( 惠更斯原理 ) 。他首先發(fā)現了雙折射光

4、束的偏振性，并用波動觀點作了解釋。在在天文學方面天文學方面，他借助自己設計和制造的望遠鏡，于1665年發(fā)現了土星衛(wèi)星土衛(wèi)六，以后又觀察到土星環(huán)。 他在數學方面數學方面的貢獻也很大。 著作全集共有22卷。8英國物理學家、數學家、天文學家。英國物理學家、數學家、天文學家。力學方面力學方面牛頓運動定律牛頓運動定律天文學方面天文學方面萬有引力定律萬有引力定律光光學學方方面面主要致力于色散現象和光的本質研究，主要致力于色散現象和光的本質研究，發(fā)現了白光是由不同顏色的光構成，發(fā)現了白光是由不同顏色的光構成，成為光譜分析的基礎，并制作了牛頓色盤。成為光譜分析的基礎，并制作了牛頓色盤。1675年觀察到光的一種

5、干涉圖樣，稱為牛頓環(huán)。年觀察到光的一種干涉圖樣，稱為牛頓環(huán)。 他創(chuàng)立了光的他創(chuàng)立了光的“微粒說微粒說”牛頓牛頓 Isaac Newton (16421727)9楊氏 Thomas Young (17731829) 英國物理學家。 1796 年獲哥丁根大學博士學位。1799年完成雙縫干涉實驗；1801年描述散光現象，提出了色覺理論公式。后任皇家研究院物理教授及皇家學會秘書。10菲涅耳 Augustin Jean Fresnel (17881827) 法國物理學家、數學家。1806年畢業(yè)于巴黎工科大學。1823年被選為巴黎科學院院士。1825年當選為倫敦皇家學會的委員。菲涅耳主要從事于光的本性的研

6、究。他曾用自己設計的光的干涉實驗，證實了光的波動性，提出了相干條件，他對惠更斯原理的內容進行了補充和推廣，建立了惠更斯菲涅耳原理。他在光的偏振及雙折射現象方面也有一定的研究成果，1817年獲得英國皇家學會的獎章。著有光的衍射一書。11 馬呂斯 Etienne Louis Malus (17751812) 法國物理學家及軍事工程師。畢業(yè)于軍校并服務于陸軍，任軍官，并致力于光學研究。1810年他在第一篇論文中闡明了偏振光通過透明介質后其強度如何變化（即馬呂斯定律），并對雙折射理論有貢獻。因此被選入法國科學院，并獲倫敦皇家學會獎章。12 愛因斯坦 Albert Einstein (18791955)

7、 20世紀最偉大的理論物理學家。1879年 3月14日生于德國烏爾姆的一個德籍猶太人家庭。他少年時代就對自然科學，特別對數學感興趣。1900年由蘇黎世工業(yè)專門學校畢業(yè)后到伯爾尼專利局當一名低級職員。1909年后擔任蘇黎世大學、布拉格大學 等校教授。1913年回到德國，被選為普魯士科學院院士，并擔任威廉物理研究所所長和柏林大學教授。1933年因受納粹政權的迫害而遷居美國成為普林斯頓研究所的研究員。1940年加入美國籍。愛因斯坦對物理學的貢獻極大。首先，他發(fā)展了普朗克的量子論，提出了光量子的概念，并用量子理論解釋了光電效應、輻射過程和固體的比熱等，得出了光電效應的愛因斯坦方程。他因此而獲得1921

8、年度的諾貝爾物理學獎。 13 愛因斯坦 Albert Einstein (18791955) 其次，他創(chuàng)立了相對論。1905年愛因斯坦在著名論文論運動物體的電動力學中，揭示了狹義相對論的基本理論，即相對性原理和光速不變原理。1916年又發(fā)表了廣義相對論原理，包括廣義相對性原理和等效原理。愛因斯坦相對論的建立是人類對自然認識過程的一個飛躍。相對論所預言的水星近日點的進動、恒星光譜線紅移和經過太陽附近的光線彎曲三個效應，都已得到圓滿的解釋和證實。另外，1905年愛因斯坦在其物體的慣性是否決定于它所含的能量的論文中提出質量和能量是可以互相轉換的，并給出著名的愛因斯坦質能關系式。這個公式成為人們研究釋

9、放原子核能的鑰匙。此外，愛因斯坦還用原子論解釋布朗運動。愛因斯坦的后半生致力于“統(tǒng)一場論”的研究，試圖把電磁場和引力場統(tǒng)一起來，但未取得重大成果。愛因斯坦一生經歷兩次世界大戰(zhàn)，他反對帝國主義戰(zhàn)爭，譴責日本帝國主義對中國的侵略。1939年8月2日曾寫信給美國總統(tǒng)羅斯福，提醒他希特勒德國正致力于研究原子核能，制造毀滅性武器。 于是羅斯福決心制造原子彈， 耗資20億美元，于1945年在新墨西哥州試驗成功。愛因斯坦一生簡樸，臨危之時要求死后火化，不舉行任何儀式。1955年4月18日逝世于普林斯頓。14 麥克斯韋 James Clerk Maxwell (18311879) 英國物理學家和數學家。畢業(yè)于

10、劍橋大學。1856年任瑪利亞學院的自然哲學講座教授。1860年擔任倫敦皇家學院物理學教授。1871年成為劍橋大學教授，創(chuàng)立著名的卡文迪許實驗室，并成為第一任負責人。他還是倫敦皇家學會的會員。他在法拉第工作的基礎上，總結了19世紀中葉以前對電磁現象的研究成果，建立了完整的電磁場基本方程（麥克斯韋方程組），并由此理論預言了電磁波的存在。不久，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，從而導致無線電通訊技術的發(fā)展。他還提出光的本性是電磁波的理論，并提出了光壓現象的預言，后被俄國物理學家列別捷夫所證實。他還利用數學統(tǒng)計的方法，導出了氣體分子運動的速率分布統(tǒng)計規(guī)律（麥克斯韋速率分布律）。此外，他對彈性理論、天文學和

11、數學等都有很深入的研究。他一生寫了大量著作， 主要有 ：電學和磁學論、熱的理論、物質與運動和電研究等。為紀念他的功績，高斯單位制中磁通量的單位就以他的姓氏命名。15 普朗克 Max Planck (18581947) 德國物理學家。先后在慕尼黑和柏林受大學教育，畢業(yè)后，在物理學家亥姆霍茲和基爾霍夫指導下，從事研究工作。1889年任柏林大學教授。1912年被選為普魯士科學院院士。1926年被選為英國倫敦皇家學會外國會員。普朗克的主要成就是對黑體輻射的研究。1900年，他為了克服經典物理學對黑體輻射現象解釋上的困難，在正常光譜中能量分布律的理論論文中提出了普朗克量子假說，并引進了一個表征微觀現象量子特征的物理普適常數，即普朗克恒量。他從理論上導出了黑