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《现代光学的兴起》PPT课件

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《现代光学的兴起》课件

《现代光学的兴起》课件

光计算
非线性光学可以用于实现 光逻辑门和光计算，提高 计算机的运算速度和能效 。
光存储
利用非线性光学效应，可 以实现高密度、高速的光 信息存储。
非线性光学的发展前景
新材料研发
生物医学应用
随着新材料技术的发展，有望发现更 多具有优异非线性光学性能的新型材 料。
非线性光学技术可以用于研究生物分 子的结构和动态，为生物医学领域的 发展提供新的工具。
的打击能力。
CHAPTER 02
激光技术
激光的原理与特性
总结词
激光的原理与特性
详细描述
激光的原理是基于原子或分子的受激发射，通过特定波长的光子产生相干光束 。激光具有高亮度、高单色性、高方向性和高相干性的特性，这些特性使得激 光在许多领域都有广泛的应用。
激光的种类与应用
总结词
激光的种类与应用
详细描述
高速化
随着工业自动化和信息化的快速 发展，对光学传感与成像技术的 速度要求越来越高，需要实现高
速、实时的测量和成像。
高分辨率
随着对测量和成像精度的要求不断 提高，高分辨率的光学传感与成像 技术成为研究热点。
多功能化
将多种光学技术集成在一起，实现 多功能的光学传感与成像，以满足 不同领域的需求。
光学传感与成像技术的挑战与机遇
根据不同的工作物质和激励方式，激光可以分为固体激光器、气体激光器、液体 激光器和半导体激光器等。激光在军事、通信、测量、加工、医疗等领域都有广 泛的应用，如激光雷达、激光切割、激光焊接、激光美容等。
激光技术的发展趋势
总结词
激光技术的发展趋势
详细描述
随着科技的不断发展，激光技术也在不断创新和提高。目前，激光技术的发展趋势包括高功率激光技术、超快激 光技术、光纤激光技术、全息显示技术等。这些技术的发展将进一步拓展激光技术的应用领域，提高应用效果和 降低成本。

《现代光学》课件第1章

《现代光学》课件第1章
(1.1-28)
29
第1章 现代光学的数学物理基础
可将r0、r1和r的表达式作泰勒展开，取旁轴近似为 (1.1-29)
30
第1章 现代光学的数学物理基础
由于振幅随r的变化比较缓慢，故振幅因子中的r可作 近似： r≈d，于是得到旁轴近似条件下轴外点光源发出的 球面波在(x,y,z1)面上的复振幅分布的表达式为
(1.1-22)
21
第1章 现代光学的数学物理基础
3. 柱面波 均匀无限长同步辐射的线光源发出的光波为柱面波。 柱面波的特征是： 相位间隔为2π的等相面是一组等间距同 轴柱面，光波场中各点的振幅与该点到轴线的距离的平方 根成反比。
22
第1章 现代光学的数学物理基础
图1.1-3 柱面波示意图
23
第1章 现代光学的数学物理基础
复振幅为
令 (1.1-24)
25
第1章 现代光学的数学物理基础
对于给定的观察面，z1为常量，则U0也是与x、y无关 的常量。显然U0不影响该面上复振幅的相对分布。于是该 观察面上的复振幅可简写为
(1.1-25)
26
第1章 现代光学的数学物理基础
2. 球面光波场中任意平面上的复振幅 这里以发散球面波为例讨论。如图1.1-4所示，点光源 Q(x0,y0)在(x0,y0,z0)面内，观察点P(x,y)在(x,y,z1)面内，两平 面间距离为d=z1－z0。Q到P的矢径为r，z0到P的矢径为r0， Q到z1的矢径为r1，这些矢径的长度分别为
由式(1.1-4)与式(1.1-2)，可以给出相应的光学拉格朗 日函数定义：
(1.1-5) 此处，z可假定起着与拉格朗日力学中的时间相同的作用。 与经典力学中的情况类似，我们同样能够引入哈密顿量。 根据经典力学中广义动量p和q的定义:

第6篇 光学发展史.ppt

第6篇 光学发展史.ppt

波动光学时期
❖ 进入 1800年，由于英国医生杨 （ 英国人， 1773－1829）和法国 工程师菲涅耳（法国人， 1788－ 1827）的工作，使波动说又重新提 出，并取得成功。
波动光学时期
❖ 扬在1800年的论文中。根据光的波动本 性解释了牛顿环的现象，并描述了杨氏 双缝干涉实验，第一次用实验显示了光 的干涉现象，并由此成功地测出了红光 和紫光的波长，并且认为光是横波。扬 取得了很多研究成果，其中包括人眼的 构造和功能。
二、人类对光的本性的认识
❖ 人类对光的本性的认识，追溯其历史， 可以看出，它是由初浅到深入，由片 面到全面，从实验到理论，由现象到 本质逐步发展起来的，最后建立起光 的本性的理论。但是从科学发展的眼 光来看关于光的本性的理论并没有穷 尽，还待于进一步的探讨。
1.惠更斯和牛顿之争
❖ 早在十七世纪就开始了对光的本性的问题的讨 论，当时有两种不同的观点，一种是以笛卡儿、 胡克、惠更斯为代表的波动说，另一种是以牛 顿为代表的微粒说。
几何光学时期
❖ 从时间上来看，大约包括十七、十八两个世纪，这 是光学的转折时期。在这期间建立了光的反射定律 和折射定律，为几何光学奠定了基础。同时为了扩 大人眼的观察能力，出现了一些光学仪器。
❖ 如李普塞（荷兰人，1587－1619）所制作的第一架 望远镜的诞生、促进了天文学和航海事业的发展， 延森（1588—1632）和冯特纳（1580－1656）最 早制作了复合显微镜，为生物学的研究提供了强有 力的工具。
牛顿光学上的伟大贡献
❖ 在1704年出版的《光学---论光的反射、 折射、弯曲和颜色》一书中，书中描述 了他所做过的实验和所得出的结论。
❖ 首先，他为了改善望远镜头而磨制三棱 镜，从而发现了色散现象。证明了白光 是由各种色光复合而成的 。

《现代光学系统》PPT课件

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精选ppt
21
空间频率的意义：
x
由于光波在k方向上每走一
k
个 行程，位相变化2，
因此，每间隔一个 就出
现一个等 位相面 ， 在 z=z0 平面上一簇垂直于k的平行 dT xx
直线。
y
z0
空间周期：
Tdy y
d x /c ， o d y s /c , o d z s /c os
在 x和 y方向相应的 :u空 d1x 间 cos频 ,vd1 率 y c为 os
若位于高能态的原子远远多于位于低能态的原子，就得到被高度放大 的光。
在通常热平衡的原子体系中，原子数目按能级的分布服从玻尔兹曼分 布规律。因此，位于高能级的原子数总是少于低能级的原子数。在这种情 况下，为了得到光的放大，必须到非热平衡的体系中去寻找。
精选ppt
3
2、产生激光的先决条件
在热平衡条件下 ，受激吸收能量大于受激发射能量。 要实现受激发射能量大于受激吸收能量，必须使高 能态的原子数目多于低能态的原子数目，即粒子数 反转。首先是原子能级起码要具有三级，即原子能 级系统中要有亚稳态存在，其次运用外界激发方式 实现粒子数反转。
t(x1, y1)expi2(ux1 vy1)dx1dy1
Cf expi(kf)expik(x22fy2)
t(x1, y1)expi2(ux1 vy1)dx1dy1
常数因子， 可以忽略
二次因子，在求 强度分布时被自
动消去。
因此，夫琅 的 和 复 费 E ~振 (x衍 y） ,幅 射 为场 刚透过 的 衍 复振 t(1x ,幅 y1)的傅里叶变换，
最基本的要求是：光学性质均匀、光学透明性良 好且性能稳定、量子效率较高、具有亚稳态能 级等。

《现代光学基础教学课件》jg课件

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比较偏振光和自然光的区别与特点，探究偏振光在光学器件中的应用。
光的颜色与色散
1
光பைடு நூலகம்频率与波长
解释光的频率与波长之间的关系，以及它们对光的颜色产生的影响。
2
色散现象
探索光的色散现象和色散定律，了解不同材料对光的折射率的影响。
3
彩虹的形成
讲解彩虹形成的原理，揭示光的色散在大气中的奇妙效果。
光的应用与前沿技术
光的衍射
深入研究光的衍射现象和衍 射定律，了解光通过小孔和 狭缝后的行为。
全息图
介绍全息图的制作原理和应 用，展示光的干涉和衍射在 全息技术中的重要性。
光的偏振
1 光的偏振现象
讲解光的偏振现象和偏振方向的概念，探索光的振动方式。
2 偏振片
介绍偏振片的结构和原理，了解偏振片在光学领域中的应用。
3 偏振光与自然光
光通信
介绍光通信的基本原理和 发展趋势，讲解光纤在信 息传输中的应用。
激光技术
深入研究激光的产生原理 和应用领域，展示激光技 术的未来发展方向。
光学显微镜
探索光学显微镜的工作原 理和各种应用，揭示对微 观世界的奇妙观察。
1
透镜原理
讲解透镜的基本原理和分类，了解透镜在光学器件中的应用。
2
焦距和成像
深入研究透镜的焦距以及成像原理，了解不同透镜对光线的聚焦特性。
3
构建光学成像系统
教授如何构建基本的光学成像系统，让学生能够实践和应用所学知识。
光的干涉与衍射
光的干涉现象
探索光的干涉现象和干涉定 律，解释干涉对光的衍射和 干涉现象。
现代光学基础教学课件
欢迎来到《现代光学基础教学课件》。本课件旨在介绍光学的基本概念、原 理与应用。让我们一起开始探索这个神奇的领域吧！

【光学课件】现代光学基础PPT课件

【光学课件】现代光学基础PPT课件

w12 B12u( )
n12 n1w12
二、自发辐射
从经典力学的观点来讲，一个物体如果势能很高，它将是不稳定的。 与此相类似，处于激发态的原子也是不稳定的，它们在激发态停留的 时间一般都非常短，大约为10-8s的数量级，所以我们常常说激发态的 寿命约为10-8s。在不受外界的影响时，它们会自发地返回到基态去， 从而放出光子。这种自发地从激发态返回较低能态而放出光子的过程， 叫做自发辐射过程。 处于激发态E2的原子密度为n2，则自发辐射光子数为

) 设处于基态E1的原子密度为n1，光的辐射能量密度为 u ( ，则单位体 积单位时间内吸收光子而跃迁到激发态E2去的原子数 应该与 n1和 12 成正比： u ( )
21 E2 E1
n
n12 n1u ( )
n12 B12 n1u ( )
令： 称为受激吸收爱因斯坦系数。 B12u(称为吸收速率 B12 )
令E1和E2能级上单位体积内的原子数分别为n1和n2则， 则：n2的变化率为 dn2 w(n1 n2 ) n2 A21 dt

在达到稳定时， dn2 0
dt
n2 w n1 A21 w
w 从上式可以看出，尽管使用的激励手段是多么好，A21 总是大于 w 2 的，就是说，n2总是小于n1，只有当w十分大时， n 才接近于 1，从数 n1 w 学上看
n12 n21 n21
n1 B12u( ) n2 A21 n2 B21u( )
u ( )

A21 n1 B12 B21 n2
在处于热平衡状态下，粒子数密度按能量的分布遵从玻尔兹曼定律， 即：
n2 E 2 E1 exp exp n1 kT kT

《光学的建立》课件

《光学的建立》课件
《经典光学的建立》 ppt课件
CONTENTS 目录
• 光学发展史 • 光学基础理论 • 光学应用 • 现代光学的发展趋势 • 经典光学的影响与贡献
CHAPTER 01
光学发展史
古代光学
总结词：简单描述
详细描述：古代光学主要基于直观观察和经验，人们通过观察太阳光和火光等现 象，逐渐形成了对光的初步认识。
文艺复兴时期的光学
总结词
科学探索的开始
详细描述
文艺复兴时期，随着科学技术的复兴，光学研究也开始得到重视。这一时期的 研究者开始通过实验来探索光的本质和传播规律，为后来的光学发展奠定了基 础。
17-18世纪光学的发展
总结词
光学理论的建立
详细描述
17-18世纪，光学研究取得了重大进展。牛顿、惠更斯等科学家对光的本质和传播进行了深入研究，提出了许多 重要的光学理论，如牛顿的反射定律和折射定律、惠更斯的波动理论等。这些理论为后来的光学发展提供了重要 的指导。
医学影像技术的不断发展提高了医学诊断的准确性和可靠性，为疾病的早期发现和 治疗提供了有力支持。
医学影像技术也在手术导航、介入治疗等领域发挥着重要作用，提高了手术的精准 度和安全性。
显示技术
显示技术是光学应用的另一个 重要领域，通过将光学影像转 换为电信号，实现图像的显示 。
显示技术的发展推动了电视、 电脑、手机等电子产品的普及 和应用，提高了人们的生活品 质。
新型显示技术如OLED、QLED 、激光投影等不断涌现，提高 了图像的清晰度、色彩表现力 和观看舒适度。
光学仪器
光学仪器是利用光学原理进行测量、 观察和实验的仪器，广泛应用于科研 、工业、军事等领域。
光学仪器在生产线上也有广泛应用， 如光学测量、光学检测等，提高了生 产效率和产品质量。

现代光学技术简介PPT课件

现代光学技术简介PPT课件
前言
••
光学技术经过20世纪的 发展，已从传统光学过 渡到现代光学，并形成 了一系列学科分支。
••
本章将对现代光学技术 中的航天光学遥感、自 适应光学、红外与微光 成像、瞬态光学、光信 息处
理、微光学、单片 光电集成等几个领域的 基本概念、研究内容及 发展等作一简单介绍。
第1页/共29页
现代光学技术研究领域
第13页/共29页
一、微光学的基本概念
• 微光学是微系统的重要内容和组成部分，它是研究尺寸在微米量级的光学功能器件、光学表面微结构及 其 阵列的光学特性、成像方法及制作技术的学科
• 优势 1）可产生一般传统光学器件所不能实现的光学波面，包括 非球面、环状面、锥面等；
第14页/共29页
微光学的优势
（1）梯度折射率光学元件 离子 交换法
平面微透镜
第26页/共29页
（2）表面折射微光学元件
表面折射微光学元件 光刻热熔法
第27页/共29页
四、 微光学元件的应用
第28页/共29页
感谢您的观看！
第29页/共29页
存储，增强，识别，恢复等目的。 2、光学信息处理的特点：优点：具有二维，并行和实时处理的优越性。缺点：不可编程和不能进行决策。
第3页/共29页
3、相干光处理
（1）相干光学处理系统 4 f 系统及处理模式
第4页/共29页
相干光学处理系统
（2）光电结合的相干光处理系统
第5页/共29页
4、非相干光处理
2）微光学器件的基片材料极为宽广，大大拓宽了有效光谱 应用范围； 3）具有波前整形、阵列发生等特殊的光学功能； 4）光学设计者从前认为不可能实现的折衍混合光学元件， 现在可以用先进的微光学技术轻松制作出来

Y13-现代光学-24页文档资料

Y13-现代光学-24页文档资料
二维周期性图像 ------- 空间频率具有分离的值， 非周期性图像 ------- 频谱的频率值是连续的。
二维图象的明暗的空间分布: g(x,y) 频率分布: G(fx,fy)--它的傅里叶变换
gx ,yG fxfye i2 fxx fyy dx d fyf
(1) 强光与被动介质相互作用的非线性现象， 如光学整流，光学倍频与混频，光自聚焦等等。
(2) 强光与激活介质相互作用的非线性光学现象， 如受激拉曼散射和受激布里渊散射等。
一. 光学倍频和混频
20
1 光学倍频
设入射光波的电场为 EE0cost
忽略介质的三次以上的非线性极化项，
P1E 0cots 2E 0co 2 s t 1E 0cots1 2 2E 0 21 2 2E 0 2co 2s t
一. 全息照片的拍摄
全息照相的第一步是全息记录， ---- 利用的是光的干涉 物光和参考光在感光底片上
形成干涉条纹图样 --- 全息图
2
全息记录
全 息 底 片
1) 设 物光O 和 参考光 R 在 波前 S上的复振幅分布分别为： 3
E ~ 0 x ,y O x ,y e ix ,y
基频项
光学整流
光学倍频
2 光学混频
21
当入射光中同时包含两种频率成分时，即当
E E 1c 0 o1 t sE 2c 0 o2 ts
空间频率: 三个分量 0 , +fx , -fx
正弦光栅的频谱和象
三. 空间滤波和光学信息处理
14
空间滤波: 4f 系统:
改变空间频谱 改变象的性质
4f系统
低通滤波器 高通滤波器
例: 正交网格

第1章 现代光学的物理基础.ppt

第1章 现代光学的物理基础.ppt

傅里叶变换
f (x) F( )
f (x)是F ( )的原函数；F ( ) 是 f (x) 的傅里叶变换，或频谱。
非周期函数的频谱不是离散的，是频率的连续或分段连续的函数。

注意对比傅里叶级数 f (x) cn exp( j2nf0x), (n 0,1,2) n
傅里叶变换性质

bn
sin
2nf0 x)
傅里叶系数为
2
a0 0 f (x)dx
an

2
0
f (x) cos2nf0 xdx
bn
2
0
f (x) sin 2nf0 xdx
(n 1,2,) (n 1,2,)
傅里叶级数(指数形式)
指数傅里叶级数形式：

f (x) cn exp( j2nf0x), (n 0,1,2) n
F ( )
F(x) f ( )
即： FT{FT[ f (x)]} f (x)
表明:正变换和逆变换无本质区别
P1
L1
P2
L2
P3
f 输入
频谱面
输出
• 6. 共轭
傅里叶变换性质
f (x)
F ( )
f *(x) F *( )
f 为实函数时, F( ) F ( )
实函数 0时的频谱分布
1、线性
f (x)
F ( )
c1 f1(x) c2 f2 (x) c1F1( ) c2F2 ( )
两个函数线性组合的傅里叶变换等于它们各自变换的线性组合
2.平移
位移
傅里叶变换性质
f (x)
F ( )
f (x x0 ) F ( )ei2 x0

光学发展简史ppt课件

光学发展简史ppt课件

为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
《墨经》光学八条
①景，光至，景亡；若在，尽古息。
② 景二：光夹。一光，一。光者（赌）景也。
③景，日之光反烛人，则景在日与人之间。
④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。
满解释了黑体辐射、光电效应和康普顿效应现象；提出了光的波粒二象性。
黑体辐射问题：普朗克 (德,1858~1947)
解释光电效应：爱因斯坦 (美,1879~1955)
X射线散射实验：康普顿 (美,1892~1962 )
德布罗意（法， 1892～1989 ）提出物质波假 说，戴维孙与革末的电子衍射实验证实电子具 有波动性
墨翟（公元前468～376年）
B、欧几里德： 在其著作 《光学》一书中提出 触须学说：
⑴正确反映了光的直线传播规律 ⑵错误：人眼能发出光线
欧几里德（古希腊，公元前330～275年）
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
中国古代的自然哲学和以原理、定律表现出来的理 论性的自然知识是较薄弱的，特别是比古希腊和15世 纪之后的欧洲逊色不少。但在实用科学方面，我国在 相当长的时间里处于世界领先地位，这在我国古代最 为发达的四大传统学科天、算、农、医中表现更为明 显，如闻名于世的四大发明都是实用性的，英国科学 史家李约瑟在他所著的《中国科学技术史》的序言中 曾公正的评价说：“中国的这些科学和发现往往远远 超过同时代的欧洲，特别是15世纪之前更是如此”。 不过中国古代的实用科学有一个某些人认为是缺点的 特点，就是缺乏严谨的实验证明、理论说明和科学表 达。中国古代的实用科学多为经验性的描述。

现代光学基础ppt课件

现代光学基础ppt课件
第八章 现代光学基础
1
主要内容
8. 1 原子发光的机理 8. 2 光与原子相互作用 8. 3 粒子数反转 8. 4 光振荡 8. 5 激光的单色性 8. 6 激光的相干性 8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8.10 光盘存储技术 8.11 傅里叶光学的几个基本概念 8.12 阿贝成象原理 8.13 阿贝－波特实验和空间滤波
原子在光源作用下，正负电中心拉开，被极化成电偶极子 P er
单位体积内的原子的极化偶极距矢量和 P称电极化强度
极化场发射次极电磁波
二、线性光学
当入射光中的电场强度E远小于原子的内场强时，则光在物质中
感生的电极化强度 P 0 E E
次级辐射与入场光相互替力的结果，决定物质对入射光场的反射， 折射，散射等
f (t T ) f (t)
展成付氏级数

f (t) a0 am cos 2mv0t am sin 2mv0t
n1
V0

1 T
基频
32
由
f
(t)

1 T

exp(i2v0t)
m
T
2 T
f
(t) exp(2mv0t)dt
2
令周期
T
V0
k
(
r k0
0
r 为平面波面上任一点P的位置矢量
E

A ei
(t
k r
)
0
~ ik( xcos y cos z cosr ) E A e0
30
一、原理
8.12
阿贝成像原理
31
二、付里叶变换在光学成象中的应用

《现代光学基础教学课件》jg527页PPT

《现代光学基础教学课件》jg527页PPT
归一化后线型函数与单个粒子的线型函数不相同。
气体激光器的非均匀加宽往往只有多普勒加宽一项：
% gi (,0)i
% gD(,0 D
)
4. 固体激光器的谱线加宽
线宽比气体介质大得多，线型函数难以写出具体解 析表达式，通常只能给出定性说明，可由实验测出。
①晶格振动加宽——均匀加宽
晶格振动导致激活离子能级所对应的能量在某一范围内变 化，而引起谱线加宽。
T M
1
)2
3.1.3 均匀加宽与非均匀加宽 气体激光器，固体激光器
1. 气体激光器均匀加宽
气体 激光器
自然加宽: 由于受激原子在激发态上具有有限 的寿命造成原子跃迁谱线加宽
碰撞加宽: 由于大量原子（分子）间无规则的 热运动而造成原子跃迁谱线加宽
这两种引起加宽的物理因素对激光介质中每个原子 是等同的
光场：采用Maxwell方程组描述 原子：电偶极振子
可直观、简单、定性地解释光与物质相互作用的某些现象
2.半经典理论 光场：采用Maxwell方程组描述 原子：采用量子力学描述
可较好地揭示大部分物理现象
3.量子理论（量子电动力学） 光场 原子 量子理论
激光器的严格理论，原则上可解释激光器全部特性
4.速率方程理论 自发辐射、受激辐射、受激吸收几率和爱因斯坦系数 激光器速率方程 量子理论的简化形式
/ c)
②运动原子的表观中心频率：
激光器中，原子和光波场的相互作用：
假想光源
z
频率为 的电磁波
运动原子——光接收器（中心频率 ）0
——光波固有频率
0 ——原子固有中心频率
原子以 相z 对于光源运动：
原子接受到的光波频率： (1 z )
c

2020高中物理竞赛(科普版)物理学史03光学：现代光学(20张PPT)

2020高中物理竞赛(科普版)物理学史03光学：现代光学(20张PPT)

二、人类对光的本性的认识
❖ 人类对光的本性的认识，追溯其历史， 可以看出，它是由初浅到深入，由片 面到全面，从实验到理论，由现象到 本质逐步发展起来的，最后建立起光 的本性的理论。但是从科学发展的眼 光来看关于光的本性的理论并没有穷 尽，还待于进一步的探讨。
1.惠更斯和牛顿之争
❖ 早在十七世纪就开始了对光的本性的问题的讨 论，当时有两种不同的观点，一种是以笛卡儿、 胡克、惠更斯为代表的波动说，另一种是以牛 顿为代表的微粒说。
牛顿对光本性的看法
❖ 第一：他认为光的波动说不能很好地说明光 的直线传播这一最基本的事实。
❖ 第二，波动说不能解释偏振现象。
❖ 第三：对光的波动说赖以存在的“以太”的 怀疑，他写道：“对于天空为流体媒质（除 非它们非常稀薄）所填满的那种主张，一个 最大的反对理由在于行星和彗星在天空中各 种轨道上的运动是那样地有规则和持久。
❖ 第一、在十七、十八世纪，研究机械运 动规律的学科——古典力学已经建成， 并且在解释自然现象和指导生产实践方 面卓有成效。
❖ 第二、从社会情况来看，正如恩格斯指 出的那样“这个时代的特征是一个特殊 的总观点的形成，这个总观点的中心是 自然界绝对不变这样一个见解。”
微粒说一直占着统治的地位原因
❖ 第三、牛顿建立了古典力学，在 人们头脑中，牛顿的威望比惠更 斯的威望高，所从权威提出的理 论容易被人接受。
胡克的工作
❖他写道：“在一种均匀煤质中这一 运动在各个方向上都以相等的速度 传播，于是发光体的每一脉动和振 动都必须形成一个球面，这个球面 将不断增大，如同投石入水后引起 的越来越大的环状波一样。由此可 知，在均匀媒质中扰动而成的球面 的一切部分都与射线正交” 。
胡克的工作
❖ 从胡克的记述中，我们看出已经含有波 前、波面的概念。他又把有关波面的思 想用于对光的折射现象的研究，然后又 讨论了薄膜的颜色。他在讨论薄膜的颜 色时，从强光和弱光的超前；落后来说 明光的颜色。这种想法虽然是不正确的， 但是他却接触到薄膜干涉的基本要领— 前后两面上反射光的叠加，甚至于可以 说，在这里已经包含了两束光的位相差 的初步概念。

《现代光学》课件第3章

《现代光学》课件第3章
(3.1-11)
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第3章 傅里叶光学基础
2. 基尔霍夫衍射公式 现在讨论无限大不透明屏幕上透光孔所引起的衍射问 题。衍射装置如图3.1-3所示，从点源P0发出的单色光波， 传播并通过不透明屏S′上的一个小孔Σ，在屏后的P点观察。 假设开孔Σ的线度、P0点和P点到孔Σ的距离远大于波长λ， P0和P到Σ上任一点P1的矢径分别为r0和r。
(3.2-2)
(3.2-3)
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第3章 傅里叶光学基础
式中: AΣ(ξ1,η1)和Az(ξ,η)分别为UΣ(x1,y1,z1)和U(x,y,z)的频谱 函数。所以衍射问题既可以看成是空域中复振幅UΣ(x1,y1,z1) 到U(x,y,z)的传播，也可以看成是频率域中频谱分布AΣ(ξ1,η1) 到Az(ξ,η)的传播。为了导出AΣ和Az之间的关系，令z1=0，即 衍射屏位于z=0的平面上。在无源点上U满足亥姆霍兹方程 ( +k2)U=0，应用到式(3.2-3)得到
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第3章 傅里叶光学基础
同理有 因此式(3.1-37)可写成
47
(3.1-39) (3.1-40)
第3章 傅里叶光学基础
2. 准单色光波的衍射公式
实际光源都不是理想的单色光源，发出的光波都有一
定的线宽。如果光源的线宽比光波的平均频率小得多， 满
足
光源发出的光波称为准单色光。对于准单色
光，式(3.1-37)中的ν′、λ′可用
3.1.2 基尔霍夫衍射公式 1. 基尔霍夫积分定理 为了应用格林定理，取如图3.1-2所示的积分面S，S包
围的体积为V。令观察点P在封闭曲面S内，选择格林函数 G为以P点为中心，向外发散的单位振幅的球面波函数， 它在空间任一点P′处的复振幅为
(3.1-6)
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质散射时波长变化的康普顿效应，从而光量子概念被广泛接受和应用， 1926年正式命名为光子。量子电动力学确立后，确认光子是传递电磁相互 作用的媒介粒子。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用，正反带电粒
子对可湮没转化为光子，它们也可以在电磁场中产生。
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光子从激光的相干光束中出射光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能 量的多少与波长相关, 波长越短, 能量越高。当一个光子被分子吸收时,就 有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的分 子就从基态变成了激发态。
5
光的发展
二.研制过程
1.1954年制成第一个微波量子放大器。 2.1958年，美国的肖洛和汤斯发表“红外区和
光学激射器”，汤斯因此获诺贝尔奖。
在研制过程中，汤斯设计谐振腔遇到很大困 难，他去探望贝尔实验室的肖洛妹夫，肖洛对光 学中的法布里——珀洛干涉仪很有研究，突然联 想到是否可以类比用F—P仪的原理来做谐振腔， 这样产生激光的一个关键性问题解决了。所以在 物理研究中，借鉴和类比是我们探索之路。
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§2.激光的发展
一.爱因斯坦提出的受激辐射的原理 二.研制过程 三.激光的优点 四.激光的应用
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光的发展
一.爱因斯坦提出的受激辐射的原理
1916年，爱因斯坦提出，原子中处于高能级 的电子，受外来光子的作用，当外来光子的频率 与它的跃迁频率一致时，原子中的电子就会从高 能级跳到低能级，并发射一个光子，新光子与原 光子频率、发射方向、相位等都相同，这样一个 光子变成了两个光子，条件合适的情况下，光子 就会象雪崩一样，得到加强和放大，这种放大的 光称为激光。
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1、光子 原称呼为光量子（light quantum），电磁辐射的量子，传递电磁相互作用 的规范粒子，记为γ。其静止量为零，不带电荷，其能量为普朗克常量和 电磁辐射频率的乘积，E=hv，在真空中以光速c运行，其自旋为1，是玻色 子。早在1900年，M.普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质 振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份一份的，每一份的能量为hv； 1905年A.爱因斯坦进一步提出光波本身就不是连续的而具有粒子性，爱因 斯坦称之为光量子；1923年A.H.康普顿成功地用光量子概念解释了X光被物
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2、光子学 1970年，在第九届国际高速摄影会议上，荷兰科学
家Poldervaart首次提出关于光子学的定义规范，他认 为，光子学是“研究以光子为信息载体的科学”。 其后，相继出现不少类似的定义。例如，法国颇有 影响的DGRST组织提出：激光二极管的问世，使光子替 代了电子成为信息的载体，从而促成了光子学的形成。 世界著名的美国《SPECTRA》杂志，也于1982年率先更 名 为 《 PHOTONICS—spectra》， 并 提 出 光 子 学 是 “ 研 究发生与利用以光子为量化单位的光，或其他辐射形 式的科学”，并认为，“光子学的应用范围从能量的 发生到通信与信息处理”。贝尔实验室著名的Ross教 授为光子学作了一个颇为广义的定义，他认为，可与 电子学类比，“电子学是关于电子的科学”，光子学 则应是“关于光子的科学”。
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光的发展
汤斯像
肖洛像
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光的发展
3. 1960年，第一台红宝石激光器由梅曼制 成。1961年，汤斯的研究生加万制成了 氦氖激光器。40多年前，爱因斯坦的受 激辐射概念，获得实际应用。
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光的发展
三.激光的优点
1.巨型脉冲固体激光器亮度比太阳高上百亿倍 2.单色性好
例 86Kr 的单色性很好， 4.7 101纳米
第十一章 现代光学的兴起
§1.光学的发展 §2.激光的发展 §3.光子革命
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§1、光学的发展
1、几何光学 2、波动光学 3、量子的出现，从而导致大批光学方面
的新成果，并由此派生出一系列光学领域的新分支，光学领域出现的这种
飞跃发展的根本原因，是激光的固有特征在传输过程中所引发的许多新的
效应和规律。
1、大空间范围（和光波波长相比较）
.干涉：相干光学、统计光学、薄膜光学 .衍射：傅里叶光学、衍射光学、二元光学 .偏振：晶体光学、偏振光学 .其他：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（和光波波长相比较） 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
光子具有能量，也具有动量，更具有质量，按照质能方程，E=MC2=hv,求出 M=hv/C2,
光子由于无法静止，所以它没有静止质量，这儿的质量是光子的相对论质 量。
光子是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。光子是电磁辐 射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多 数基本粒子相比，光子的静止质量为零，这意味着其在真空中的传播速度 是光速。与其他量子一样，光子具有波粒二象性：光子能够表现出经典波 的折射、干涉、衍射等性质；而光子的粒子性则表现为和物质相互作用时 不像经典的粒子那样可以传递任意值的能量，光子只能传递量子化的能量。 对可见光而言，单个光子携带的能量约为4×10-19焦耳，这样大小的能量 足以激发起眼睛上感光细胞的一个分子，从而引起视觉。除能量以外，光 子还具有动量和偏振态，但单个光子没有确定的动量或偏振态。
而激光 107纳米
3.方向性好，相干性好，频率高
激光束的发射角小于10-3弧度，光能量集中于 很窄的光束中。
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光的发展
四.激光的应用
电视机、录像机的遥控器中就有红外激光半导 体发射器，VCD、CD也是靠激光二极管去读取光盘信 息。激光还可用于全息摄影。由于激光的单色性、 方向性好，用作光通讯的载波很合适，用光纤传播 激光的光通讯已日益发展。
激光在工业上，在农业上、医学上、军事上的 应用很广。
现在人们正在研究开发一种同步辐射光源，这 种光源在某些性质上已超过激光。
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光的发展
激 光 通 讯 技 术
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光的发展
激 光 技 术 在 农 业 上 的 应 用
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§3、光子革命
光子革命是2009年夏季大连达沃斯论坛中提出的 新概念，是指光子技术将在未来更为广泛的应用于 社会生产生活中。光子技术将成为影响能源、信息 产业的核心技术，成为主宰信息传递的决定力量。