菲涅尔
麦克斯韦 、麦克尔逊 、莫尔


麦克斯为统一了电磁场，并表 明光也是一种电磁场，并认为 光波在以太中传播。 麦克尔逊和莫尔用实验证明了 以太并不存在，为爱因斯坦的 相对论奠定了实验基础。
麦克斯韦
Albert Einstein (1879-1955)

爱因斯坦发表了相对论， 认为光是在真空中传播 的，并且建立了新的时 空理论-相对论。他还提 出了光具有波粒二象性.
互作用，波动光学、量子光学
绪论:课程内容
Ch1 光波的基本性质 Ch2 光的干涉: 光的相干性、 多光束干涉, 典型干涉 仪原理、薄膜光学简介 Ch3 光的衍射: 衍射的基本理论、衍射光栅、夫琅和
菲衍射和菲涅耳衍射
Ch4 光的吸收、色散和散射 Ch5 晶体光学基础: 光波在各向异性介质中的传播、
光波在各向异性介质表面的反射和折射、光通过晶体
光学原理与应用 物理光学部分
说
明
1. 此PPT 文件，仅供各位教师授课参考。教师授课时，
可按具体的教学大纲进行取舍； 2. 教师可按需要，补充典型例； 3. 教师可按需要，给学生介绍一些参考资料，供学生 课外阅读。有一些参考资料，已列在教材的后面；
4. 此PPT文件将根据需要，不定期进行修改和完善；
D B E H H E E j E H t t 又由矢量计算公式有： E H H E (E H ) D B 1 1 而 E H E D H B we wm t t t 2 2 t 1 场中每一点 w ED 式中 e 2 的电能密度 1 和磁能密度 wm H B 2
光学历史
公元前400年,就有关于反射成像的研究成果: 1、中国的《墨经》（公元前400至470年）上，对光传输的 几何性质，已较完全的记载了八条光学光学方面的性质。 2、古希腊欧几里德（Euclid，公元前323-385年）在其书中 就描述了反射定律 。
3、古罗马哲学家塞内加最早指出彩虹的七种颜色和玻璃片的 七种颜色是同一种道理
发射 光源
光学的主要研究内容
经典光学：几何光学，物理光学，分子 光学等 近代光学：（激光问世后）： 1.大空间范围：干涉：相干光学、统计 光学、薄膜光学；衍射：付里叶光学、 衍射光学、二元光学；偏振：晶体光学、 偏振光学；其它：矩阵光学 、激光束光 学、海洋光学大气光学、生理光学、组 织光学 2.小空间范围：导波光学、光纤光学、 二元光学、微光学、近场光学 3.大光能量（高光能密度）：非线性光 学、强光光学、自适应光学 4.非均匀介质：非均匀介质光学、散射 光学，组织光学
光学历史
传说，早在古希腊和 罗马战争的时候，阿 基米德安排几百个士 兵用金属镜子聚集太 阳光还点燃了罗马的 战船。
古代反射光的应用
光学历史-- 17世纪欧洲光学
伽利略 (1564-1642) 用望远镜看到了木 星和月亮. 斯涅尔(1591-1626) 发现了折射定律。
光学历史--开普勒(1571–1630)
目录
第5章 光的吸收、色散和散射
5.1 概述 5.2 光和物质相互作用的经典理论 5.3 光的吸收 5.4 光的色散
5.5 光的散射
ch.5 小结
绪论
物理光学 课程内容 课程目的 课程学习 教材及参考书

绪论
什么是物理光学?

光的本质：波动性、粒子性 （二重性）进一步研究 物理光学：涉及光的基本属性、传播规律、与物质的相
双折射效应
惠更斯原理中的波阵面
牛顿 (1642-1727)
棱镜色散
①研究光的色散; Isaac Newton ②总结薄透镜成像规律; ③制作反射式天文望远镜。
18、19世纪的光学
1、欧拉 (1707-1783) 发展 了光波动理论和设计了消色 差透镜。 2、托马斯杨解释了干涉和 彩色条文的产生原因。 3、菲涅尔(1788-1827) 通 过实验，应用光波动理论来 解释光波的反射和折射
Albert Einstein
20世纪60年代—激光出现
古典光学获得新生。在短短的几十年中，就出现了一大 批光学新成果。它涉及大能量、高相干性光源的传输以 及光和物质的相互作用等问题，并由此派生出一系列光 学领域的新分支。
右图为染料激光器
光学的主要研究内容
光学的研究主要涉及三个方面：光波的发射、传 输和接收 固体发光 、电光源 、 气 体放电、化学光源、 电致发光 、光致发 光 、 激光、半导体光源 （黑体辐射，激光原理， 半导体物理）
传输
光的传输 （光和物 质相互作 用）
光学的主要研究内容
接收 光探 测器
照相底片（光化学作 用）、眼 睛（光生 理效 应） 、光 电器件 （ 光电 效应）、热释电器件 （光热效应）
光学的基本参量
1.折射率 2.光波波长 3.光波能量 4.光波偏振态
光学的基本参量
折射率n是左右光学传播规律的基本参量。
目录
第3章 光的衍射
3.1 概述 3.2 衍射的基本理论
3.3 夫琅和费单逢衍射 3.4 夫琅和费圆孔衍射 3.5 巴俾涅原理 3.6 夫琅和费多缝衍射 3.7 典型圆孔的夫琅和费衍射计算举例 3.8 菲涅耳衍射 3.9 衍射光栅 Ch.3 小结
目录
第4章 晶体光学基础
4.1 晶体的介电张量 4.2 单色平面光波在晶体中的传播特性 4.3 单色平面光波在晶体表面上的反射和折射 4.4 偏振器件 4.5 通过光学元件后光强的计算 4.6 偏振光的干涉 4.7 物质的旋光性 4.8 偏光仪器 ch.4 小结
光学的应用
1、构成各种光学仪器：利用光波的传播规律可构成 各种成像光学仪器。其中包括：显微镜；望远镜；照相 机、投影仪等。而利用一些光的效应则可进一步构成红 外夜视仪、像增强器、高速摄影机等
通过红外装置能够透过烟雾看见物体
光学的应用
哈勃望远镜
红外制导导弹
光学的应用
2、构成各种光学检测、计量仪器，以及各类光学检 测方法：利用光的传输特性以及光和物质相互作用的各 种效应构成的各种光学检测、计量仪器，则是人们认识 和观测世界的重要手段
后的干涉、偏振器和补偿器、电光效应、 弹光效应 磁光效应、
绪论:课程内容
承上起下：

科学研究 生产实践 深入学习
和普通物理中光学的关系


普物：基本概念
物光：基本概念的应用及注意点
绪论
如何学习物理光学？


预习 基本概念、基本定律、基本参量、典型 应用 讨论、习题、答疑
绪论
教材及参考书 教材--- 光学原理与应用，廖延彪，电子工业出版社，2006 参考书--- Principles of Optics，Max Born and Emil Wolf, 世界图书出版公司北京公司，2001 物理光学，梁铨庭，机械工业出版社，1980 物理光学与应用光学，石顺祥等，西安电子科技大 学出版社，2000
激光共焦显微镜
干涉显微镜
光学的应用
3、构成各种光学加工和光学医疗系统：利用光和物 质相互作用的热效应，可构成一系列的光学加工机（其 加工用的光学能量大到一万瓦量级，小到瓦量级）、光 学医疗系统
激光焊接
Ch.1 光波的基本性质
本课程主要是讨论光的波动性。光是电磁波，因此，要了解 光的波动性，就必须首先知道电磁波有些什么基本性质。诸如； 电磁波的传播方向、能量密度以及偏振态等。



开普勒发表了《折光学》一书，阐 述了光的折射原理 最早提出了光线和光束的表示法 出版了《光学》，阐述了近代望远 镜理论，把伽利略望远镜的凹透镜 目镜改成小凸透镜，这种望远镜被 称为开普勒望远镜。 发现大气折射的近似定律
惠更斯(1629-1695)



Hale Waihona Puke 惠更斯发展了光学波动学说-惠更斯 原理 他意识到光在进入密度更大的介质 时会变慢 他解释了偏振和双折射效应
1-1 电磁场基本方程
光是电磁波，它具有电磁波的通性，符合麦克斯韦方程
D H J t B E t B 0 D
麦克斯韦方程
（1） 在真空中：J 0 0 （2）
（3） （4）


D E H 0 r t t B H E 0 t t B 0 H 0 D 0 E 0
•
•
透明电介质，= 0, =0, r = 0
电荷守恒定律 j t
（8）
1-1 电磁场基本方程
能量定律，坡印廷矢量-Poynting vector 光波的麦克斯韦方程的E、D、B、H 4个基本量，但对实际光学问 题而言，这几个量只有辅助意义. 由麦克斯韦方程组得:
目录
第2章 光的干涉
2.1 光波的叠加 2.2 分波面的双光束干涉 2.3 分振幅的双光束干涉 2.4 驻波 2.5 平行平板的多光束干涉 2.6 低相干光源干涉术(白光干涉) 2.7 光的相干性 2.8 典型双光束干涉仪 2.9 典型多光束干涉仪---法布里-珀罗干涉仪 2.10 光纤干涉仪 2.11 光学薄膜 ch.2 小结
5. 希望各位教师，根据自己经验，和教学需要，给我 们提出修改意见。
目录
绪 论
0.1 光学的发展及主要研究内容 0.2 光学的基本参量 0.3 光学的应用
第1章 光波的基本性质
1.1 电磁场基本方程 1.2 光波与电磁波 1.3 平面光波在各向同性介质分界面上的反射和折射 1.4 光波在金属表面上的反射和折射 1.5 光波在负折射率介质中的传播 ch.1 小结
1865年Maxwell建立了经典的电磁理论，同时把光和电磁现象相 结合，指出光是一种电磁波——产生了光的电磁理论。它是掌握 现代光学的重要基础。本章主要介绍光的电磁理论：