中国科学技术大学：《光学 Optics》课程教学课件（PPT讲稿）Chapter 0 Introduction（主讲教师：银振强）

·课程核心内容 >几何光学 >波动光学 >光的干涉 >光的衍射 >光在各向异性晶体中的传播 >光的量子特性

• 课程核心内容 ➢几何光学 ➢波动光学 ➢光的干涉 ➢光的衍射 ➢光在各向异性晶体中的传播 ➢光的量子特性

光学是一门研究光（电磁波）的行为和性质，以 及光和物质相互作用的物理学科

光学是一门研究光（电磁波）的行为和性质，以 及光和物质相互作用的物理学科

电磁波谱 波长 1031021011 10110210310410510610710810910101011102 (单位：米) 波长大小 较 较短 足球场面 棒球 细胞病菌病毒蛋白质水分子 房屋 可视光线 波的名称 太赫兹领域 无线电波 红外线 紫外线 硬X射线 微波 软X射线 波源 加马射线 ww圈 频率 AM电台FM电台微波炉雷达 THz人类灯泡 X射线管 (单位：赫兹) 1010210810910101011021013101410151016107101810191020 光子能量 、较低 较高1 LLLLLLLLLLLLLLL (单位：电子伏特) 109108107106105104103102101110110210310410510

萌芽时期：远古至十六世纪初 几何光学时期：十六世纪中叶至十八世纪初 娄 波动光学时期：十九世纪初至十九世纪末 量子光学时期：十九世纪末至二十世纪初 现代光学时期：二十世纪六十年代至今 远古 16 17 18 19 20 21世纪轴 萌芽 几何光学 过渡时期： 波动光学 现代光学 直线传播占主导，波 量子光学 动理论逐惭形成

工、萌芽时期 对简单光现象进行了记载并做了不系统的研究，制造了简单的光学仪器 (如平面镜、凸面镜、凹面镜)。 代表人物和成就： A、墨翟： 在他和其弟子所著的《墨经》中，对光现象有八 条定性记载 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： (1)正确反映了光的直线传播规律 (2)错误：人眼能发出光线 欧几里得（公元前330~275年）

Ⅰ、萌芽时期 A、墨翟： 在他和其弟子所著的 《墨经》中，对光现象有八 条定性记载 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)。 ⑴正确反映了光的直线传播规律 ⑵错误：人眼能发出光线 B、欧几里德： 在其著作 《光学》一书中提出 触须学说： 代表人物和成就： 墨翟（公元前468？～376？年） 欧几里得（公元前330～275年）

《墨经》对视觉的认识 《墨经》中提出了视觉的3个条件： 一、人自身的视觉功能(《墨经》称“明”)； 二、视觉对象(《墨经》称“物”)； 三、光《墨经》称“火”)。 进而正确地指出：人因为眼睛看见物体(“以目见”)，而眼睛则依靠光 见物体(“目以火见”)。这说明眼睛本身只是光的接受器官，只有当光被 物体反射到人的眼睛里后，人才可以看到物体，这是对视觉最早的科学 解释。而古代西方的一些学者却认为人的眼睛会发射某种东西接触到物 体而引起视觉

《墨经》对视觉的认识 《墨经》中提出了视觉的3个条件： 一、人自身的视觉功能(《墨经》称“明”)； 二、视觉对象(《墨经》称“物”)； 三、光(《墨经》称“火”)。 进而正确地指出：人因为眼睛看见物体(“以目见”），而眼睛则依靠光 见物体(“目以火见”)。这说明眼睛本身只是光的接受器官，只有当光被 物体反射到人的眼睛里后，人才可以看到物体，这是对视觉最早的科学 解释。而古代西方的一些学者却认为人的眼睛会发射某种东西接触到物 体而引起视觉

《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。 ⑤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。 ⑥临，正鉴，景寡、貌能、白黑，远近柂正，异于光。鉴、景当俱就，远近去介当 俱，俱用北。鉴者之臭无数，而必过正。故同体处其体俱，然鉴分。 ⑦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，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。 ⑧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

《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。 ⑤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。 ⑥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。 ⑦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，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。 ⑧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

《墨经》光学八条 第一条，叙述了影的定义与生成； 第二条，说明光与影的关系； 第三条，畅言光的直线传播，并用针孔成像来说明； 第四条，说明光有反射性能； 第五条，论光和光源的关系而定影的大小； 第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物 和像的关系 欧几里德在《光学》中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于 入射角的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识：从人眼向被看见的 物体伸展着某种触须似的东西

第一条，叙述了影的定义与生成； 第二条，说明光与影的关系； 第三条，畅言光的直线传播，并用针孔成像来说明； 第四条，说明光有反射性能； 第五条，论光和光源的关系而定影的大小； 第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物 和像的关系 欧几里德在《光学》中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于 入射角的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识：从人眼向被看见的 物体伸展着某种触须似的东西。 《墨经》光学八条

光学之父：海什木 海什木，965年-1040年，是阿拉伯学者、物理学家、数学家 In his massive study of light and vision,Kitab al-Manazir (Book of Optics )Ibn al-Haytham submitted every hypothesis to a physical test or mathematical 2 proof. Besides the Book of Optics,Ibn al-Haytham wrote several other treatises on optics. His Risala fi I-Daw'(Treatise on Light)is a supplement to his Kitab al-Manazir(Book of Optics).The text contained further investigations on the properties of luminance and its radiant dispersion through various transparent and translucent media. He also carried out further examinations into anatomy of the eye and illusions in visual perception

光学之父：海什木 海什木，965年-1040年，是阿拉伯学者、物理学家、数学家

Ⅱ、几何光学时期 几何光学时期是光学发展的转折点，系统研究了光现象和光学仪器，建立了直 线传播定律、反射定律、折射定律；提出了费马原理、光程、光强、颜色等概念， 并观察了棱镜光谱等较复杂的光现象，建立、巩固和发展了牛顿微粒学说。同时， 波动理论开始盟芽。 代表人物和成就： A、费马（法，1601~1665)：提出了几何光学的 基本原理一费马原理，由它可导出直线传播定律、 反射定律、折射定律和面镜、透镜成象规律。 正业是律师、宫庭顾问，主要贡献领域有：解析几何、微积 分、机率论、光学以及数论。尊称他为「业余数学家之王」 B、牛顿（英，1643~1727)：建立了光是微粒流的微 粒学说，进行了白光通过棱镜的实验，提出了光谱、光 强、颜色等概念，观察并研究了牛顿环。 C、李普塞：1608，发明并制造了世界上第一台望远镜。粒子：Paticle 波：wave D、冯特纳：发明并制造了世界上第一台显微镜

几何光学时期是光学发展的转折点，系统研究了光现象和光学仪器，建立了直 线传播定律、反射定律、折射定律；提出了费马原理、光程、光强、颜色等概念， 并观察了棱镜光谱等较复杂的光现象，建立、巩固和发展了牛顿微粒学说。同时， 波动理论开始盟芽。 代表人物和成就： A、费马（法，1601~1665）：提出了几何光学的 基本原理—费马原理，由它可导出直线传播定 律、 反射定律、折射定律和面镜、透镜成象规律。 B、牛顿（英，1643~1727）：建立了光是微粒流的微 粒学说，进行了白光通过棱镜的实 验，提出了光谱、光 强、颜色等概念，观察并研究了牛顿环。 C、李普塞：1608，发明并制造了世界上第一台望远镜。 D、冯特纳：发明并制造了世界上第一台显微镜。 粒子：Paticle 波：wave 正业是律师、宫庭顾问，主要贡献领域有：解析几何、微积 分、机率论、光学以及数论。尊称他为「业余数学家之王」 Ⅱ 、几何光学时期