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波動光學(xué),廣州大學(xué)物理與電子工程學(xué)院劉翠紅陳志峰,光的波動性：研究光的傳輸規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科波動光學(xué)的基礎(chǔ)：經(jīng)典電動力學(xué)的麥克斯韋方程組波動光學(xué)并不詳論介電常數(shù)和磁導(dǎo)率與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，而側(cè)重于解釋光波的表現(xiàn)規(guī)律。波動光學(xué)可以解釋光在散射媒質(zhì)和各向異性媒質(zhì)中傳播時現(xiàn)象，以及光在媒質(zhì)界面附近的表現(xiàn)；也能解釋色散現(xiàn)象和各種媒質(zhì)中壓力、溫度、聲場、電場和磁場對光的現(xiàn)象的影響。,前言,一、研究對象和內(nèi)容,一、研究對象和內(nèi)容,1.傳統(tǒng)內(nèi)容主要有：光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象，光在各向同性介質(zhì)中的傳播規(guī)律（包括光的反射和折射，光的吸收、色散和散射規(guī)律），光在各向異性晶體中的傳播規(guī)律等，以及在各領(lǐng)域中的應(yīng)用。2.近代發(fā)展的內(nèi)容：薄膜光學(xué)理論、全息照相、光學(xué)信息處理...,二、波動光學(xué)的應(yīng)用,波動光學(xué)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科。特別是激光問世后，它在科學(xué)技術(shù)各領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，尤其在生產(chǎn)和國防上有著重要的應(yīng)用。今天，它已經(jīng)被應(yīng)用到通信、醫(yī)療、受控?zé)岷朔磻?yīng)、航天、信息處理等高新技術(shù)領(lǐng)域，為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、生產(chǎn)的發(fā)展和鞏固國防做出貢獻(xiàn)。在精密測量方面，各種光學(xué)零件的表面粗糙度、平面度，以及長度、角度的測量，至今最精確的仍然是波動光學(xué)方法。,二、波動光學(xué)的應(yīng)用,另外，還用波動光學(xué)方法測量光學(xué)系統(tǒng)的各種像差，評價光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量等。以光的干涉原理為基礎(chǔ)的各種干涉儀器，是光學(xué)儀器中數(shù)量頗多且最為精密的一個組成部分。根據(jù)衍射原理制成的光柵光譜儀，在分析物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)（原子、分子結(jié)構(gòu)）和化學(xué)成分等方面起著最為主要的作用。,近幾十年來，由于現(xiàn)代光學(xué)的崛起，發(fā)展了一批新型的光學(xué)儀器，如相襯顯微鏡、光學(xué)傳遞函數(shù)儀、傅里葉變換光譜儀，以及各種全息和信息處理裝置、電光和光電轉(zhuǎn)換（光電池、CCD）裝置、激光器等。它們在物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、光通信、光計算（光學(xué)計算機(jī)）、成像和顯示技術(shù)、材料加工、醫(yī)學(xué)和軍事等方面的應(yīng)用越來越重要。因此，學(xué)好本課程對于本專業(yè)學(xué)生的專業(yè)發(fā)展十分重要！,二、波動光學(xué)的應(yīng)用,激光原理光電子技術(shù)光信息處理技術(shù)光纖通信光纖通信實(shí)驗激光技術(shù)實(shí)驗光電子技術(shù)綜合實(shí)驗,與之相關(guān)的后續(xù)課程,光電成像原理與技術(shù)光電檢測與信號處理光纖傳感技術(shù)激光光譜學(xué),三、波動光學(xué)發(fā)展歷史,光學(xué)的萌芽時期可以追溯到2000多年前，墨子在所著的《墨經(jīng)》中記載了光的直線傳播、小孔成像等光學(xué)規(guī)律；古希臘歐幾里德（Euclid）在其著作中也有光的直線傳播和反射定律的記載。不過，對光的物理本性進(jìn)行認(rèn)真研究卻是從17世紀(jì)開始的。當(dāng)時，有兩種關(guān)于光的本性的說法：以牛頓為代表的微粒說和以惠更斯為代表的波動說。,三、波動光學(xué)發(fā)展歷史,微粒說：認(rèn)為光是具有有限速度的粒子流。波動說：認(rèn)為光是在“以太”（一種假想的彈性媒質(zhì)）中傳播的波（機(jī)械波）。由于當(dāng)時牛頓在物理學(xué)界享有至高無尚的權(quán)威，人們普遍地接受光的微粒說。,三、波動光學(xué)發(fā)展歷史,直到19世紀(jì)前半葉，一連串的實(shí)驗事實(shí)和根據(jù)波動說對這些實(shí)驗的成功解釋，才使人們完全地拋棄微粒說，確信光的波動說。這些實(shí)驗包括：楊氏和菲涅耳等人的干涉實(shí)驗、衍射實(shí)驗、馬呂斯的反射光偏振實(shí)驗以及傅科測量水中光速實(shí)驗（結(jié)果是水中光速小于空氣中光速）。這樣，在19世紀(jì)，光的本性問題似乎最后被解決了。,然而惠更斯，菲涅耳等人的波動說在光波的傳播媒質(zhì)——“以太”問題上卻遇到了困難。為了說明光具有極大傳播速度的實(shí)驗事實(shí)，必須假想“以太”的一些奇特性質(zhì)：密度極小和彈性模量極大。這顯然是荒謬的，同時也表明物理光學(xué)的基礎(chǔ)還停留在不能令人滿意的狀態(tài)。這種狀態(tài)的改變一直延續(xù)到19世紀(jì)60年代，麥克斯韋在總結(jié)前人在電磁學(xué)方面的研究成果的基礎(chǔ)上，建立起一套完整的電磁場理論。他預(yù)言了電磁波的存在，并指出光是一種波長很短的電磁波。,三、波動光學(xué)發(fā)展歷史,由于按照光的電磁波理論去闡明光學(xué)現(xiàn)象非常成功，也由于后來的邁克耳孫-莫雷實(shí)驗否認(rèn)了“以太”的存在，所以人們就自然地放棄了惠更斯、菲涅耳的機(jī)械波理論，而接受光的電磁波理論。歷史表明，建立在電磁波理論基礎(chǔ)上的物理光學(xué)學(xué)說是物理光學(xué)發(fā)展進(jìn)程中的一個重大飛躍。波動光學(xué)在20世紀(jì)，尤其在激光問世后，更得到長足的發(fā)展。,三、波動光學(xué)發(fā)展歷史,,,,,反射、折射,反射、折射、干涉、衍射,粒子性（牛頓微粒說）,波動性（惠更斯波動說）,波粒二象性,波動性（麥克斯韋、赫茲光的電磁理論）,粒子性（愛因斯坦、康普頓光子說）,四、本課程主要內(nèi)容,光的電磁理論光的干涉及應(yīng)用光的衍射與現(xiàn)代光學(xué)光的偏振和晶體光學(xué)器件,五、參考教材,1.物理光學(xué)（第四版）梁銓廷電子工業(yè)出版社20122.物理光學(xué)簡明教程梁銓廷劉翠紅電子工業(yè)出版社20103.物理光學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解（第2版）劉翠紅電子工業(yè)出版社2013,一、主要教材,1.趙凱華,鐘錫華,《光學(xué)》（上、下）,北京：北京大學(xué)出版社,20082.母國光,戰(zhàn)元齡,《光學(xué)》,北京：人民教育出版社,19793.曲林杰等《物理光學(xué)》，北京：國防工業(yè)出版社，19804.葉玉堂《光學(xué)教程》，北京：清華大學(xué)出版社5.章志鳴等，《光學(xué)》,北京：高等教育出版社，20096.M.玻恩，E.沃耳夫《光學(xué)原理》（第七版）,楊葭蓀譯北京：電子工業(yè)出版社,20097.A.加塔克，光學(xué)，梁銓廷等譯，機(jī)械工業(yè)出版社，1984A.加塔克Optics（第四版）清華大學(xué)出版社20108.J.P.馬蒂厄，光學(xué)（上、下），1987,二、參考教材,六、參考網(wǎng)站,國內(nèi)光谷社區(qū)光電工程師社區(qū)飛達(dá)光學(xué)網(wǎng)松鋮光學(xué)激光世界中國光學(xué)薄膜在線中國光學(xué)光電子行業(yè)網(wǎng)中國光學(xué)期刊網(wǎng),國外http://www.opticsexpress.org光學(xué)快報http://www.iop.org/EJ（期刊中心）,