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1、光学引言第1页，共31页，编辑于2022年，星期四考核方法考核方法l平时成绩60%，考试成绩40%l平时成绩包括考勤、笔记、作业及课堂情况l考试试题70%源于平时作业题第2页，共31页，编辑于2022年，星期四推荐书目推荐书目l 张以谟，应用光学，电子工业出版社；l 石顺祥，物理光学与应用光学，西安电子科技大学出版社；l 李 林，现代光学设计方法，北京理工大学出版社第3页，共31页，编辑于2022年，星期四应用光学 引言享受光享受光学l 光学科学与技术的成果已深深渗透到我们的生活中 王大珩第4页，共31页，编辑于2022年，星期四光学的发展史光学的发展史世纪世纪世纪世纪161617171818
2、19192020萌芽时期萌芽时期几何光学几何光学波动光学波动光学18871887年年 光电效应光电效应量子光学量子光学18871887年年 光电效应光电效应光电效应光电效应1960196019601960年年年年 激光器激光器激光器激光器现代光学现代光学激光、全息、光纤、非线性激光、全息、光纤、非线性第5页，共31页，编辑于2022年，星期四光学的萌芽时期光学的萌芽时期 对简单光现象进行了记载并做了不系统的研究，制造了简对简单光现象进行了记载并做了不系统的研究，制造了简单的光学仪器（如平面镜、凸面镜、凹面镜单的光学仪器（如平面镜、凸面镜、凹面镜)。代表人物和成就：代表人物和成就：墨翟：墨翟：墨
3、经墨经 光现象八条定性记载光现象八条定性记载欧几里德：欧几里德：光学光学 正确：反映了光的直线传播；正确：反映了光的直线传播；错误：人眼能发出光线错误：人眼能发出光线墨翟：墨翟：墨经墨经 光现象八条定性记载光现象八条定性记载Back第6页，共31页，编辑于2022年，星期四墨经墨经光八条光八条l景，光至，景亡；若在，尽古息。景，光至，景亡；若在，尽古息。l景景,二光夹一光，一光者二光夹一光，一光者,景也。景也。l景，日之光反烛人，则景在日与人之间。景，日之光反烛人，则景在日与人之间。景，光之人煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足敝下光，故景障内也。景，光之人煦若射。下者之人也高，高者之人也下
4、。足敝下光，故景障内也。l景，木柂，景短大。木正，景长小。大小于木，则景大于木。非独小也，远近。景，木柂，景短大。木正，景长小。大小于木，则景大于木。非独小也，远近。l临，正鉴，景寡、貌能、白黑，远近柂正，异于光。鉴、景当俱就，远近去尒当俱，临，正鉴，景寡、貌能、白黑，远近柂正，异于光。鉴、景当俱就，远近去尒当俱，俱用北。鉴者之臭无数，而必过正。故同体处其体俱，然鉴分。俱用北。鉴者之臭无数，而必过正。故同体处其体俱，然鉴分。l鉴，中之内，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小。而必鉴，中之内，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小。而必正，起于中，缘正而长其直也。中之外
5、，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，正，起于中，缘正而长其直也。中之外，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小。而必易，合于中，而长其直也。则所鉴小，景亦小。而必易，合于中，而长其直也。l鉴，鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小。而必正。景过正，鉴，鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小。而必正。景过正，故招。故招。Back第7页，共31页，编辑于2022年，星期四几何光学第一章第一章 几何光学基本原理和成像概念几何光学基本原理和成像概念第二章第二章 高斯光学高斯光学第三章第三章 平面零件成像平面零件成像第四章第四章 光阑和光能计算光阑和光能计算第五章第五章 光学
6、系统成像质量评价光学系统成像质量评价第六章第六章 目视光学系统目视光学系统第8页，共31页，编辑于2022年，星期四l反射l折射l成像、像差l典型光学系统l单向玻璃l分光计折射率l薄透镜焦距测量l望远镜l显微镜l照相机Back几何光学第9页，共31页，编辑于2022年，星期四单向玻璃第10页，共31页，编辑于2022年，星期四单向玻璃l暗处能看到亮处，亮处看不到暗处室内室外亮暗内外亮暗Back第11页，共31页，编辑于2022年，星期四单反相机Back第12页，共31页，编辑于2022年，星期四Back第13页，共31页，编辑于2022年，星期四波动光学波动光学 建立了光的波动理论，圆满解释了
7、光的建立了光的波动理论，圆满解释了光的干涉干涉、衍射衍射和和偏偏振振现象；通过迈克尔逊干涉仪否定了现象；通过迈克尔逊干涉仪否定了“以太以太”的存在；提的存在；提出并证实了光的本质就是电磁波。出并证实了光的本质就是电磁波。惠更斯：光的波动理论创始人惠更斯：光的波动理论创始人托马斯托马斯扬：杨氏双缝干涉扬：杨氏双缝干涉菲涅尔：惠更斯菲涅尔：惠更斯-菲涅尔原理菲涅尔原理马吕斯：光的偏振马吕斯：光的偏振麦克斯韦：麦克斯韦方程组麦克斯韦：麦克斯韦方程组Back第14页，共31页，编辑于2022年，星期四光电效应光电效应l在光的照射下，某些物质内部的在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电
8、电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电流，即光生电 。l光电现象由德国物理学家光电现象由德国物理学家赫兹赫兹于于18871887年发现，而正确的解释为爱年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。因斯坦所提出。l科学家们对光电效应的深入研究科学家们对光电效应的深入研究对发展量子理论起了根本性的作对发展量子理论起了根本性的作用。用。Back第15页，共31页，编辑于2022年，星期四量子光学时期量子光学时期 发现经典电磁理论在研究光与物质的相互作用时的发现经典电磁理论在研究光与物质的相互作用时的缺点，建立了光的量子理论，圆满解释了黑体辐射、光缺点，建立了光的量子理论，圆满解释了黑体辐射、光电效应和康
9、普顿效应现象；提出了光的波粒二象性。电效应和康普顿效应现象；提出了光的波粒二象性。爱因斯坦：解释光电效应爱因斯坦：解释光电效应普朗克：黑体辐射问题普朗克：黑体辐射问题德布罗意：波粒二象性德布罗意：波粒二象性Back郎之万、居里夫人、德拜，郎之万、居里夫人、德拜，薛定谔，波尔（氢原子薛定谔，波尔（氢原子光谱）光谱）第16页，共31页，编辑于2022年，星期四现代光学现代光学 自自19601960年梅曼（美，年梅曼（美，1927-20071927-2007）制成第一台红宝）制成第一台红宝石激光器，光学进入了新的发展阶段，激光物理、激光石激光器，光学进入了新的发展阶段，激光物理、激光技术、全息摄影术
10、、光纤的应用、光脑的设想、红外波技术、全息摄影术、光纤的应用、光脑的设想、红外波段的应用，非线性光学等。段的应用，非线性光学等。第17页，共31页，编辑于2022年，星期四现代光学l20世纪光学的特征l光学领域的扩展l应用功能的扩展l研究内容的扩展l应用范围的扩展第18页，共31页，编辑于2022年，星期四光学领域的扩展新学科紫外光学、X射线光学、微光夜视、红外光学X射线 紫外近红外 中红外 远红外可见光波段：向两端扩展波长：单色性 相干性激光器 激光全息第19页，共31页，编辑于2022年，星期四光学领域的扩展 研究对象：宇宙、宏观、介观、微观研究方向宏大光学微小光学天文望远镜微透镜30M第
11、20页，共31页，编辑于2022年，星期四应用功能扩展光光机机电电算算材材光学精密机械电子材料计算机计算机现代精密仪器：多功能、高效率光、机、电、算一体化技术手段：自动化、数字化、智能化第21页，共31页，编辑于2022年，星期四研究内容扩展 传统光学：研究望远镜、显微镜、放大镜等 现代光学：扩展到 光子已不仅是作为信息传递的手段，帮助人类认识世界；光子也能改变物质的形态，帮助人类改造世界激光 核科学技术 光探测器 全息 航空航天 图象处理 微光 光纤与光纤通信 图象融合 光集成 光信息处理 灵巧结构 光计算 机器人视觉第22页，共31页，编辑于2022年，星期四光电子成为现代产业的主角l机械
12、领域：激光加工：打孔、切割、焊接、表面处理 激光光刻、激光微细加工、X射线光刻l能源领域：太阳能电池、激光核聚变第23页，共31页，编辑于2022年，星期四国家点火计划l国家点火装置是美国美国科学家研制的、世界最大的激光核聚变装置激光核聚变装置。据悉，这个被称为“人造太阳”的装置能产生类似恒星内核温度和压力，使美国在无需核试的情况下保持核威慑力。不仅如此，该装置还能帮助研制不受全面禁止核试验条约限制的新型氢弹。第24页，共31页，编辑于2022年，星期四NIFl国家点火装置2009年5月29日在美国加州北部举行落成典礼。第25页，共31页，编辑于2022年，星期四NIF第26页，共31页，编辑于2022年，星期四第27页，共31页，编辑于2022年，星期四第28页，共31页，编辑于2022年，星期四第29页，共31页，编辑于2022年，星期四NIF第30页，共31页，编辑于2022年，星期四Back第31页，共31页，编辑于2022年，星期四