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1、第一章第一章光学导言光学导言(2)1、光学发展概要光学发展概要2、费马原理与惠更斯原理费马原理与惠更斯原理其次章其次章波动光学引言波动光学引言(3)1、光波的相识（电磁波）光波的相识（电磁波）2、光波的数学描述光波的数学描述3、波前函数波前函数第三章第三章光的干涉光的干涉(7)1、概述、概述2、光波的叠加和干涉、光波的叠加和干涉3、分波前干涉、分波前干涉杨氏干涉杨氏干涉4、其他分波前干涉装置、其他分波前干涉装置5、分振幅干涉、分振幅干涉薄膜干涉（等倾和等厚干涉）薄膜干涉（等倾和等厚干涉）6、迈克耳孙干涉仪和马赫、迈克耳孙干涉仪和马赫-曾得尔干涉仪曾得尔干涉仪7、多光束干涉、多光束干涉8、时间相
2、干性和空间相干性、时间相干性和空间相干性第四章第四章光的衍射光的衍射(8)1、惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理2、圆孔和圆屏菲涅耳衍射、波带片圆孔和圆屏菲涅耳衍射、波带片3、夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射4、夫琅禾费圆孔衍射和光学仪器的辨别本事夫琅禾费圆孔衍射和光学仪器的辨别本事5、位移位移-相移定理相移定理6、一维光栅、二维光栅一维光栅、二维光栅7、三维光栅、三维光栅x射线晶体衍射射线晶体衍射04系列光学课程内容期中考试期中考试期中40%期末50%作业10%第五章第五章傅立叶变换光学引言傅立叶变换光学引言(4)1、波前变换和相因子分析波前变换和相因子分析2、余弦光栅的衍射场余弦光栅的衍射
3、场3、傅立叶变换光学大意傅立叶变换光学大意4、阿贝成像原理与空间滤波阿贝成像原理与空间滤波5、泽尼克的相衬法泽尼克的相衬法6、全息术原理全息术原理第六章第六章光的偏振和光在晶体中的传播光的偏振和光在晶体中的传播(4)1、自然光和偏振光自然光和偏振光2、起偏器与检偏器、马吕斯定律起偏器与检偏器、马吕斯定律3、反射和散射光的偏振态反射和散射光的偏振态4、双折射现象双折射现象5、惠更斯作图惠更斯作图6、波片和补偿器波片和补偿器7、偏振光的干涉偏振光的干涉8、人为双折射人为双折射9、旋光性旋光性,测糖术测糖术第七章第七章吸取、色散、散射吸取、色散、散射在在现代光学基础现代光学基础一书中对应的章节：一书
4、中对应的章节：第一章第一章 1.1 1.11.51.5其次章其次章 全部全部第四章第四章 4.1 4.14.94.9第五章第五章 5.1 5.15.55.5第六章第六章 6.1 6.16.56.5，6.76.76.96.9第七章第七章 7.1 7.1第八章第八章 8.1 8.1，8.38.38.78.7（内容）（内容）（难度难度）（2 2学分光学课程）学分光学课程）波前的限制和传播波前的限制和传播光波衍射光波衍射波前叠加波前叠加光波干涉光波干涉波前描述波前描述和识别和识别波前变换和分解波前变换和分解傅立叶光学傅立叶光学波波前前分分析析波前的记录和再现波前的记录和再现光全息光全息波前分析为主脉络
5、波前分析为主脉络一一:预备学问预备学问:几个重要光学量和关系：几个重要光学量和关系：折射率、色散、折射率和光速比、折射率和波长比、折射率、色散、折射率和光速比、折射率和波长比、光程、光程和相位差、光程和时间差光程、光程和相位差、光程和时间差1.折射率：折射率是一个关于介质材料光学性能的重要参数，它源于折射率定律：真空：n=1,玻璃：n=1.5,空气：n=1.0002922.色散色散同一种介质对于不同的波长具有不同的折射率，称为色散。3.折射率与光速折射率与光速所以：真空的折射率为1，光速为c比如光在水中的速度：4.折射率与光长折射率与光长波速：对于一切波具有普遍的意义。在线性光学介质中:所以：
6、光波在介质中的波长等于真空中波长除于介质折射率。5、光程、光程定义：光线路径的几何长度与所经过的介质折射率的乘积。定义：光线路径的几何长度与所经过的介质折射率的乘积。（QP)光程的表达式：6.光程与相位差光程与相位差QPMNQMNP,相位逐点落后；即：7.光程与时差光程与时差QP的传播时间：QPMN介质中光速用真空光速和折射率代替：光程的另一角度相识光经验Q和P两点的光程等于传播时间乘以真空光速。*思索题：反射光束、折射光束的等光程性思索题：反射光束、折射光束的等光程性折射光束：L(A1AA2)=L(B1BB2)=L(C1CC2)反射光束：L(A1AA1)=L(B1BB1)=L(C1CC1)反
7、过来；等光程性可以推出折射定律和反射定律荷兰物理学家，天文学家，数学家。1629年4月14日生于海牙，1695年7月8日卒于同地。16451647年在莱顿高校学习法律与数学16471649年转入布雷达学院深造。在阿基米德的著作和R.笛卡尔等人的影响下，致力于力学、光学、天文学及数学的探讨。1663年选为英国皇家学会成员。1666年选为刚成立的法国科学院的成员。1681年返回荷兰定居。惠更斯首先独创了摆钟并对有关时计的若干种摆（单摆、复摆、旋轮摆等）作了探讨，这对当时天文与航行上所用和后来时计的发展起了重要的作用。惠更斯是创建经典力学的先驱之一，在探讨钟摆、圆周运动、完全弹性体碰撞等问题中，他阐
8、明白很多动力学的概念和规律（摆的运动方程与周期、向心力与离心力、摇摆中心、转动惯量、简洁状况下的动量及机械能守恒定律等）。他精通几何光学和擅长应用光学技术，设计了新的透镜研磨法而制成消退像差的惠更斯目镜以致优质的显微镜和望远镜，其中物镜焦距长达数十米的天文望远镜沿用了近一个世纪。惠更斯是经典物理光学的奠基人。他提出的光的波动理论是以“光是以太媒介中的波动”为前提和波的惠更斯原理为核心的光波理论。这原理的现代表述为：在行进波的波阵面上各点发出的很多次波所形成的包络面，就是原波面在确定时间内所传播的新波面；它适用于一切的波动。据此，惠更斯不但说明白光的反射与（在各向同性介质中）光的折射定律和光的定
9、性的衍射现象，尤为精彩的是他用这一原理来定量说明白光在单轴晶体如冰洲石中的双折射现象。原始的惠更斯原理“不能说明及确定光衍射强度的定性分布”的不足之处，由后来菲涅耳加以补充而使之完备（见惠更斯-菲涅耳原理）。在数学方面，惠更斯主要是在1658年求得摆线（旋轮线）曲线的长度。在天文学方面，他发觉了土星的光环、土卫六和猎户星云等。其他还有对空气泵和气压计的改进，提出测微计的初步设想，独创钟表的弹簧游丝，改进测温术，对引力及地球形态的探讨，提出各种动力机的设想等工作与成就。光论是他的经典名著。C.Huygens(16291695)二、惠更斯原理二、惠更斯原理惠更斯原理惠更斯原理光扰动同时到达的空间曲
10、面被称为波面或波前，波前上的每一点都可光扰动同时到达的空间曲面被称为波面或波前，波前上的每一点都可以看成一个新的扰动中心，称为子波源或以看成一个新的扰动中心，称为子波源或次波源次波源，次波源向四周发出次，次波源向四周发出次波；波；下一时刻的波前是这些大量次波面的公切面，或称为包络面下一时刻的波前是这些大量次波面的公切面，或称为包络面；次波；次波中心与其次波面上的那个切点的连线方向给出了该处光传播方向。中心与其次波面上的那个切点的连线方向给出了该处光传播方向。惠更斯原理导出折射定律入射角为i1的平面波，波前为ABCCC的时间：A点：B点：B由C点向圆A作切线CA次波面的公切面：ABC次波中心和切
11、点的连线AA、BoB,折射光的传播方向，折射角为i2:折射定律：折射定律和速度比光粒子说：1850年傅科和斐索测量了光速，光波动说又一次得到了证明。惠更斯原理的不足:1.不能回答光振幅或光强的传播问题。不能回答光振幅或光强的传播问题。2.不能回答光位相的传播问题。不能回答光位相的传播问题。惠更斯菲聂耳原理惠更斯菲聂耳原理光场衍射理论的诞生光场衍射理论的诞生惠更斯原理的精华:次波源的概念。次波源的概念。三、费马原理三、费马原理*原理表述原理表述*数学表达数学表达*导出反射定律、折射定律导出反射定律、折射定律*费马原理与成像费马原理与成像*费马原理的评述费马原理的评述光程的概念对几何光学的重要意义
12、体现在费马原理中。几何光学的基础是前面所提到三个试验定律，费马却用光程的概念高度概括地把它们归结成一个统一的原理。17世纪的一位法国数学家，提出了一个数学难题，使得后来的数学家一筹莫展，这个人就是费马(16011665)。这道题是这样的：当n2时，xn+yn=zn没有正整数解。在数学上这称为“费马大定理”。为了获得它的一个确定的或者否定的证明，历史上几次悬赏征求答案，一代又一代最优秀的数学家都曾探讨过，但是300多年过去了，至今既未获得最终证明，也未被推翻。即运用现代的电子计算机也只能证明：当n小于等于4100万时，费马大定理是正确的。由于当时费马声称他已解决了这个问题，但是他没有公布结果，于
13、是留下数学难题中少有的千古之谜。费马生于法国南部，在高校里学的是法律，以后以律师为职业，并被推举为议员。费马的业余时间全用来读书，哲学、文学、历史、法律样样都读。30岁时痴迷上数学，直到他64岁病逝，一生中有很多宏大的发觉。不过，他极少公开发表论文、著作，主要通过与友人通信透露他的思想。在他死后，由儿子通过整理他的笔记和批注挖掘他的思想。好在费马有个“不动笔墨不读书”的习惯，凡是他读过的书，都有他的圈圈点点，勾勾画画，页边还有他的评论。他利用公务之余钻研数学，并且成果累累。后世数学家从他的诸多猜想和大胆创建中受益非浅，赞誉他为“业余数学家之王”。费马对数学的贡献包括：与笛卡尔共同创立了解析几何
14、；创建了作曲线切线的方法，被微积分独创人之一牛顿奉为微积分的思想先驱；通过提出有价值的猜想，指明白关于整数的理论数论的发展方向。他还探讨了掷骰子赌博的输赢规律，从而成为古典概率论的奠基人之一。QP*表述：表述：费马原理费马原理费马原理费马原理：光线沿光程为平稳值的路径而传播。光线沿光程为平稳值的路径而传播。平稳值的三种基本的含义：微小值常见状况，常数成像系统的物像关系极大值个别现象*费马原理的数学表达式费马原理的数学表达式路径积分：是路径（l）的函数，平稳值要求变分为零，*费马原理与三个试验定律费马原理与三个试验定律1、光在匀整介质中直线传播2、反射定律QQMMP要点：反射光线在入射面，反射角
15、等于入射角，光程最短。M”3、折射定律(1)折射光线在入射面内，方法和反射定律推导一样。(2)入射角和折射角的关系；QMP的光程：Q(x1,y1)M(x,0)P(x2,y2)AByxi1i2n1n2依据费马原理，L对x的一阶导数为零；*费马原理与成像费马原理与成像等光程与成像等光程与成像：其中：严格等光程严格成像，近似等光程近似成像，非等光程不成像，*费马原理应用例题费马原理应用例题1双曲透镜聚焦平行光双曲透镜聚焦平行光一宽平行光入射于一透镜，要求其透射光线严格聚焦于一宽平行光入射于一透镜，要求其透射光线严格聚焦于F点，试点，试问问 应当是何形态？应当是何形态？Fr0rMHOON严格成像严格等
16、光程解出：是一条二次曲线，曲面是旋转双曲面。*费马原理应用例题费马原理应用例题2-导出球面折射傍轴成像公式导出球面折射傍轴成像公式等光程：傍轴条件：代入等光程：值得指出的两点：1、单球面傍轴成像公式的获得没有运用折射定律，结果和利用折射定律所得结果一样。2、傍轴条件：s,r,x*评述费马原理评述费马原理费马原理的运用限度：费马原理的运用限度：费马原理是几何光学的理论基础，几何光学运用限度也是费马费马原理是几何光学的理论基础，几何光学运用限度也是费马原理的运用限度。原理的运用限度。费马原理在物理学发展史上的贡献：费马原理在物理学发展史上的贡献：开创了以“路径积分，变分原理”表述物理规律的新思维方式。（理论力学最小作用原理或哈密顿原理和费马原理有相同的数学表达式。）小结：惠更斯原理，费马原理小结：惠更斯原理，费马原理作业：1.1,1.2,1.6补充题：（1）证明：其中：（2）如图所示，一宽平行光入射于一凸面镜，要求其反射光的延长线严格聚焦于F点，试问凸面镜的反射面应当是何形态？Fr0