光学中的物理学史共32页

惠更斯的贡献
❖和牛顿同时代的惠更斯，他主张光的 波动说，认为光是在“以太”中传播 的波。
❖提出次波原理：惠更斯原理 。
❖惠更斯原理虽然能够解释不少光学现 象，但他的波动说是比较粗糙的，又 错误的认为光是一种纵波，因此他还 摆脱不了几何光学的观念。
几何光学时期
❖ 十七世纪还讨论了另一个问题，即“是 不是有一个有限的光速？”笛卡儿采取 否定的态度，而伽里略是肯定的。
量子光学时期
❖黑体辐射的能量按波长的分布，和 光电效应。
❖ 维 恩 （ 德 国 人 ， 1864--1928 ） 公 式 和 瑞 利 （ 英 国 人 ， 1842--1919 ） — 金 斯 （ 英 国 人 ， 1877—1946 ） 公 式 ， 前者在短波区和实验结果相符，而 后者，在长波区和实验结果相符。
波动光学时期
❖ 1865年，麦克斯韦（苏格兰人，1831— 1879）电磁场理论建立，得出电磁波以 光速传播，所以说明光是一种电磁现象。 这一理论，于1888年被赫兹（德国人， 1857－1894）用实验证实。因此建立了 光的电磁理论。
❖ 1849年菲索（法国人，1819—1896）利 用转动齿轮法，1862年佛科（法国人， 1819～1868）利用旋转镜法，第一次在 实验室测定了光的速度，这就完全证实 了波动说的正确性。
❖ 1845年，法拉第（英国人，1791—1867）发 现了偏振光的振动面在强磁场中旋转的现象， 从而揭示了光和电磁的内在联系。1856年韦伯 （德国人，1804－1891）和柯尔劳斯（德国 人 ， 1809—1858 ） ， 发 现 电 荷 的 电 磁 单 位 和 静电单位的比值等于光在真空中的传播速度。
光电效应
❖ 当光照在某些金属上会逸出电子，这就是光 电效应。

物理光学讲课课件
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律， 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ，到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象，如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料，如晶体、半导体、有 机材料和光纤等，并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用，如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中，光矢量（即 电场强度矢量E）的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状， 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系，即$I = I_0 cos^2 theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量，应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强，在另一些区域振动 减弱，形成稳定的强弱分布的

以经典理论（含经典机械波和电磁 波理论和几何光学）为基础的光学叫 经典光学




几何光学： 以1621年，斯涅尔提出光的折射定律 提出为标志。 波动光学： 以1800年托马斯· 杨进行杨氏双缝干涉实验为 标志。 量子光学： 以1905年6月，爱因斯坦在[德国物理] 上，发表论文--关于光的产生和转化的 一个启发性观点，提出光子概念为标志。
2、波动光学的建立和发展





1665年意大利的格里马第论述光的衍射和颜色。 1667年，胡克出版《显微术》，认为光是与水波 类似的脉冲波。 1678年法国的惠更斯在《论光》中认为光是发光 体中微小振动，弥漫于宇宙中的波动过程，并提出 惠更斯原理。 1690年，荷兰的惠更斯提出早期的波动说，认为 光是粒子振动的传播； 1704年牛顿出版《光学》系统介绍色散的理论和 实验研究。 1800年，托马斯· 杨进行杨氏双缝干涉实验。






1801年，托马斯· 杨在论文中全面论述光的 干涉原理。 1809年，法国的马吕斯发现反射光的偏振现 象，并提出光偏振的马吕斯定律。 1819年，荷兰的菲涅尔提出新的波动说和菲 涅尔原理； 1811年，英国的布鲁斯特发现布鲁斯特角， 此时反射光为平面偏振光。 1849年，菲索测得光速（值为 315300km.s）; 1851年，麦克斯威提出光的电磁波理论。





1611年开普勒出版—折光学 ； 1621年，荷兰的菲涅尔实验得到光的 折射定律，建立了几何光学； 1637年荷兰的斯涅利乌斯发现，笛卡 尔正式提出了光的折射定律。几何光学 诞生； 1704年，牛顿提出光的微粒说，并得 到光的折射定律，并对颜色给予解释。 1712年，延森制成第一架显微镜

1648年，布拉格的马尔西用三棱镜演示色散成功。不 过他解释错了。他认为红色是浓缩了的光，蓝色是稀
释了的光；之所以会出现五颜六色，是由于光受物质
的不同作用，因而呈现各种不同的颜色。 17世纪正当望远镜、显微镜问世，伽利略运用望远镜 观察天体星辰，胡克用显微镜观察微小物体，激起了 广大科学界的兴趣。然而，当放大倍数增大时，这些 仪器不可避免地都会出现象差和色差，使人们深感迷 惑。人们不理解，为什么在图象的边缘总会出现颜色 ？这和彩虹有没有共同之处?这类现象有什么规律性? 怎样才能消除？
为了证明红光和蓝光各具不同的折射性能，牛顿用棱 镜做了如下的实验。 如图，在一张黑纸上画一条线opq，半边op为深蓝色 ，半边pq为深红色，经棱镜adf观看，只见这根线好 象折断了似的，分界处正是红蓝之交，蓝色部分rs比 红色部分st更靠近棱脊ab。可见蓝光比红光受到更大 的折射。
为了证明色散现象不是由于棱镜跟阳光的相互作用
1604年天空出现超新星，亮光持续18个月之久。 他便趁机在威尼斯作几次科普演讲，宣传哥白尼学 说。 1609年7月,盛传一荷兰眼镜工人发明了供人玩赏 的望远镜。他未见到实物，思考几日后，用风琴管 和凸凹透镜各一片制成一具望远镜,倍率为3,后又 提高到9。 1613年他发表了3篇讨论太阳黑子问题的通信稿 。另外,1612年他又出版了《水中浮体对话集》一 书。 1630年他撰写了《关于托勒密和哥白尼两大世界 体系对话》一书
牛顿从笛卡儿等人的著作中得到许多启示。 例如笛卡儿说过：“运动慢的光线比运动快
的光线折射得更厉害，”胡克描述过肥皂泡
的颜色变化，认为不同的颜色是光脉冲对视 网膜留下的不同印象。红色和蓝色是原色， 其它颜色都是由这两种颜色合成和冲淡而成 。牛顿注意到这些说法的合理成分，同时也