光学基础和测量技术 第一部分历史回顾
光学基础和测量技术 第一部分 历史回顾
光学研究范围 光学一光现象的科学:光学是物理学的组成部分。它研 究的对象是光。研究的内容包括光的本性,光的发射、 传播、接收,以及光和物质的相互作用等
光学研究范围 • 光学—光现象的科学：光学是物理学的组成部分。它研 究的对象是光。研究的内容包括光的本性，光的发射、 传播、接收，以及光和物质的相互作用等
麦克斯韦电磁理论认为:光是一种电磁波 色视觉 频率/Hz 真空中浪长/nm 波各 (39-48)×1014 760-630 长种 和色 (48-5.0)×1014 630~600 频视 (50-53)×1014 600~570 率觉 范对 (5.3-6.0)×1014 570~500 围应 (6.0-67)×1014 500~450 的 红橙黄绿青蓝紫 (6.7~70)×1014 450~430 7.0~7.7)×1014 430~390
麦克斯韦电磁理论认为：光是一种电磁波 色 视 觉 频率 /Hz 真空中波长 /nm 红 (3.9~4.8)×1014 760~630 橙 (4.8~5.0)×1014 630~600 黄 (5.0~5.3)×1014 600~570 绿 (5.3~6.0)×1014 570~500 青 (6.0~6.7)×1014 500~450 蓝 (6.7~7.0)×1014 450~430 紫 (7.0~7.7)×1014 430~390 各 种 色 视 觉 对 应 的 波 长 和 频 率 范 围
电磁波谱与可见光范围 电磁波谱 0 468 1012 141618202224 0101010101010101010101010 频率Hz 红外线山紫外线 长波无线电波 760mm可见光390m y射线 短波无线电波 X射线 波长m10810410010-410810121016 =390→760mm v=3.9-77×104Hz
电磁波谱与可见光范围 = 390→760nm 3.9 7.7 10 Hz 14 = − 760nm 可见光 390nm 电 磁 波 谱 红外线 紫外线 射线 X 射线 长波无线电波 6 10 10 10 14 10 18 10 22 10 2 10 4 10 8 10 12 10 16 10 20 10 24 10 0 10 频率 Hz 16 10 8 − 波长 m 10 4 10 4 10 0 − 10 8 10− 12 10− 短波无线电波
从量子观点看,光场是由一个个光子组成。光子是光的 最小单位,每个光子的能量c和它的频率1之间的关系为 8=hv 式中h是普朗克常数,其数值为h=6626×10J·s 光子也具有动量,它的方向为光子的运动方向即光传播 方向),其值为 8 hy h 式中c为真空中的光速,1983年第十七届国际计量大会 通过其值为c=299792458m/s
从量子观点看，光场是由一个个光子组成。光子是光的 最小单位，每个光子的能量 和它的频率 之间的关系为 式中 h 是普朗克常数，其数值为 光子也具有动量，它的方向为光子的运动方向(即光传播 方向)，其值为 式中c为真空中的光速，1983年第十七届国际计量大会 通过其值为 c = 299 792 458 m/s = h h = J s −34 6.626 10 h c h c p = = =
光既有波动性也有粒子性,即具有波粒二象性。 普朗克常数非常小,一个光子的能量也非常小。 般情况下我们遇到极大数量的光子,明显表现波动性。在光 极其弱的情况下,以及光和物质相互作用的某些特殊情况下, 其量子特性才会明显地表现出来
光既有波动性也有粒子性，即具有波粒二象性。 普朗克常数非常小，一个光子的能量也非常小。 一般情况下我们遇到极大数量的光子，明显表现波动性。在光 极其弱的情况下，以及光和物质相互作用的某些特殊情况下， 其量子特性才会明显地表现出来
基于所采用的物理模型不同,光学可分为 几何光学 物理光学(波动光学,量子光学) 波动光学是主体
基于所采用的物理模型不同，光学可分为: 几何光学 物理光学（波动光学，量子光学） 波动光学是主体
光学发展历史回顾 300年前及更早,埃及、中国使用铜镜; 公元前4世纪,在中国和希腊已有关于光学现象的记录 墨翟(公元前468-376)所著《墨经》中关于几何光学的八条记载; 约100年后,欧几里得( Euclid,约前330-275年)宣布反射定律; 阿拉伯科学家伊本海赛木《光学》:进一步说明了反射定律 入射光线与反射光线在同一平面内,球面镜、抛物面镜的性质、 人眼结构) 沈括(公元1031-1095):直线传播、球面镜成像深入研究
光学发展历史回顾 3000年前及更早，埃及、中国使用铜镜; 公元前4世纪，在中国和希腊已有关于光学现象的记录: 墨翟(公元前468-376)所著《墨经》中关于几何光学的八条记载； 约100年后，欧几里得(Euclid,约前330-275年)宣布反射定律； 阿拉伯科学家伊本•海赛木《光学》：进一步说明了反射定律 (入射光线与反射光线在同一平面内，球面镜、抛物面镜的性质、 人眼结构)； 沈括(公元1031－1095)：直线传播、球面镜成像深入研究
17世纪几何光学基础已奠定:如费马的最小时间原理,斯涅耳 的实验发现折射定律,笛卡尔将此表为正弦形式 物理光学的实验研究始于17世纪:格里马耳迪(1618-1663)首 次详细描述衍射现象 胡克和玻意耳各自独立发现牛顿环,即在白光下薄膜的彩色干 涉图样,胡克主张光由振动组成 1690年,惠更斯( C Huygens在《论光》中阐发了光的波动学 说并提出著名的惠更斯原理
17世纪几何光学基础已奠定：如费马的最小时间原理，斯涅耳 的实验发现折射定律，笛卡尔将此表为正弦形式 物理光学的实验研究始于17世纪：格里马耳迪(1618－1663)首 次详细描述衍射现象 胡克和玻意耳各自独立发现牛顿环，即在白光下薄膜的彩色干 涉图样，胡克主张光由振动组成 1690年，惠更斯(C.Huygens)在《论光》中阐发了光的波动学 说并提出著名的惠更斯原理
1704年牛顿出版《光学》: 棱镜分光(白光为复合光); 牛顿环的生成及色序; 牛顿认为光的本性是微粒; 提出光的“侧边”概念,对偏振光的天才猜想
1704年牛顿出版《光学》： 棱镜分光(白光为复合光)； 牛顿环的生成及色序； 牛顿认为光的本性是微粒； 提出光的“侧边”概念，对偏振光的天才猜想