《光学》课程教学资源（课件讲稿）绪论 Optics

Optics0. 0 绪论0.1问题的提出，什么是光学？0.2光学发展简史0.3现代光学的发展0.4光学和光学课程的特点

Optics 4 0.0 绪论 0.1 问题的提出，什么是光学？ 0.2 光学发展简史 0.3 现代光学的发展 0.4 光学和光学课程的特点

Optics绪论0. 0·我们身边的光学现象有哪些光合作用

Optics 0.0 绪论 • 我们身边的光学现象有哪些 5

Optics0.1.历史回顾一、问题的提出，什么是光学？人为什么能看到周围的物体？视、听、触、、味，90%视觉1产生光？操控光？利用光？一不断追问“光的本性”是什么？1产生进步和革命，形成关于光的系统学科一光学6

Optics 6 0. 1. 历史回顾 一、问题的提出，什么是光学？ 人为什么能看到周围的物体？视、听、触、嗅、味，90%视觉。 产生光? 操控光? 利用光? 不断追问“光的本性”是什么？ 产生进步和革命，形成关于光的系统学科—光学

Optics一、问题的提出，什么是光学？短波长波X射线紫外线可见光红外线无线电波伽玛射线109-1hm10hm10~hm10/nm10°mm蓝红绿(436nm)(546nm)(700nm)600nm700nm500nm400nm电离票拉索地氏O接收高海拔宇宙线观测站

Optics 7 一、问题的提出，什么是光学？ 拉索 高海拔宇宙线观测站

Optics一、问题的提出，什么是光学？什么是光学光学是研究光的学科。是围绕着光的本性，即光是什么这一核心问题发展起来的。学科：系统性、历史性、发展性和实用性系统性：在研究内容、理论、实践和方法学上，形成了有体系的、丰富的内容和分支。历史性：经历了从诞生到成长的发展过程，具有自身的发展历史。发展性：自身具有生命力，可以和其他学科交叉实用性：能用于解决理论或实践中的问题，可以解释既有现象，也可以做出科学的预测。8

Optics 8 什么是光学 光学是研究光的学科。是围绕着光的本性，即光是什么这一核心问 题发展起来的。 学科：系统性、历史性、发展性和实用性 系统性：在研究内容、理论、实践和方法学上，形成了有 体系的、丰富的内容和分支。 历史性：经历了从诞生到成长的发展过程，具有自身的发 展历史。 发展性：自身具有生命力，可以和其他学科交叉。 实用性：能用于解决理论或实践中的问题，可以解释既有 现象，也可以做出科学的预测。 一、问题的提出，什么是光学？

Optics一、问题的提出，什么是光学？什么是光学光学是物理学中古老的学科，文是当前科学研究中最活跃的学科之一，推动着人类对自然的认知和人类社会的进步。《光学发展与社会进步》北大杨宏，李洪云，龚旗煌9

Optics 9 光学是物理学中古老的学科，又是当前科学研 究中最活跃的学科之一，推动着人类对自然的 认知和人类社会的进步。 什么是光学 一、问题的提出，什么是光学？ 《光学发展与社会进步》 北大 杨宏，李洪云，龚旗煌

Optics基于超构透镜阵列的平面广角相机experimental setupImage by single metalensTheprojectorsINGUNI100 umNANJINGUNIVERSITY商用鱼眼镜头wide-angle image by MIWCZOOMLENS EFTheMIWCNANJINGUNIVERSIT超表面鱼眼镜头Canonexperimental setupimage by single metalens8-15m120.31ULTRASOCMOwide-angle Image by MIWC广角成像对于捕获大量信息具有重要作用。对于自动驾驶和基于无人机的监控等机器视觉的应用场景，广角成像可以提高性能和安全性，例如显示在车辆倒车时无法看到的障碍物等。此外，广角成像在日常生活中也具有宽阔风最、人数众多的合照拍摄等常用功能。传统的广角成像通常使用鱼眼复合镜头或其它类型的多层镜头来完成，但较大的体积限制了其应用场景。超构透镜是一种基于超构表面的衍射型透镜。得益于超构表面灵活高效的光场调控能力和极薄的尺寸，超构透镜自2016年被提出以来，被人们认为有望取代传统的体块折射型透镜。近十年来研究人员付出大量的探索研究，极大地推进了超构透镜的性能表现。其中，人们就尝试各种设计方案来扩大超构透镜的视场，希望应用于广角成像功能，提出了如双层超表面结构、二次相位型超表面结构等方案。然而，到目前为止这些方案需要成像效率、成像分辨率等方面做出栖性，整体来说其综合性能还不够理想。Optica,9,431-437(2022)10

Optics 10 基于超构透镜阵列的平面广角相机 Optica, 9, 431-437 (2022)

Optics>微光夜视技术》红外技术红外跟踪和制导技术红外夜视技术红外遥感技术>激光技术激光测距技术激光制导技术激光通信技术强激光技术激光模拟训练技术》光学仪器>光电综合应用技术11

Optics 11  微光夜视技 术  红外技 术 红外跟踪和制导技 术 红外夜视技 术 红外遥感技 术  激光技 术 激光测距技 术 激光制导技 术 激光通信技 术 强激光技 术 激光模拟训练技 术  光学仪 器  光电综合应用技 术

Optics光刻机镜头是如何加工的？大DUV光刻机ASML的透镜组EUV光刻机的反射镜组图1.2高精度光刻机ce勒内笛卡尔（1596-1690），法国哲学家大口径轻质碳化硅反射镜研制取得新进展应读说国际上还没有现成的装从1619年读了约翰尼斯LNbulkBondingCMP for thinning开普勒的光学著作后，笛卡尔就一直关注着透镜理论；并从理论和实践两方面参与了对光的本质、反射与折射Chemo-mechanical etchingLaser patterningCrcoatingCr率以及磨制透镜的研究。Sio,LNChinese Optics Letters 20(1), 011902 (2022)12

Optics 12 勒内 笛卡尔 （1596-1690），法国哲学家 Chinese Optics Letters 20(1), 011902 (2022). 从1619年读了约翰尼斯· 开普勒的光学著作后，笛卡 尔就一直关注着透镜理论； 并从理论和实践两方面参与 了对光的本质、反射与折射 率以及磨制透镜的研究。 光刻机镜头是如何加工的？ 大 小

Optics激光出现后，平均每三年有一项诺贝尔奖来自光学相关研究1964Basov,Prokhorov,Townes:激光的发明1971Gabor：光全息发明1978PenziasWilson:3K宇宙背景辐射光谱测量1980Bloembergen，Schawlow：激光光谱技术发展1989Ramsey:精密原子光谱发展1997Chu，Cohen-Tannoudji,Phillips:激光冷却技术发展1999Zewail：飞秒激光化学动力学发展2002Alferov.Kroemer：半导体激光器发明2001CornellWieman，Ketterle:激光冷却BEC的发现2005GlauberHall,Hansch：光学频率梳发明2008Shimomura，Chalfie，Tsien：绿色荧光蛋自的发现和应用2009Kao,BoyleandSmith：光纤通信和CCD的发明2011Perlmutter.SchmidtandRiess:遥远超新星光学观测2012HarocheandWineland：单量子态的光场调控2014Akasaki,AmanoandNakamura：蓝光二极管的发明2014Betzig，HellandMoerner:纳米荧光成像发明2017雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什：在LIGO探测器和引力波观测方面2018Ashkin，Mourou，Strickland:激光物理与技术2019Peebles,Mayor,Queloz:在物理宇宙学的理论发现2022Aspect,Clauser，Zeilinger：量子力学和量子纠缠理论13

Optics 13  1964 Basov, Prokhorov, Townes: 激光的发明  1971 Gabor: 光全息发明  1978 Penzias, Wilson: 3K宇宙背景辐射光谱测量  1980 Bloembergen, Schawlow: 激光光谱技术发展  1989 Ramsey: 精密原子光谱发展  1997 Chu, Cohen-Tannoudji, Phillips: 激光冷却技术发展  1999 Zewail: 飞秒激光化学动力学发展  2002 Alferov, Kroemer: 半导体激光器发明  2001 Cornell, Wieman, Ketterle: 激光冷却BEC的发现  2005 Glauber, Hall, Hansch: 光学频率梳发明  2008 Shimomura, Chalfie, Tsien: 绿色荧光蛋白的发现和应用  2009 Kao, Boyle and Smith: 光纤通信和CCD的发明  2011 Perlmutter, Schmidt and Riess: 遥远超新星光学观测  2012 Haroche and Wineland: 单量子态的光场调控  2014 Akasaki, Amano and Nakamura: 蓝光二极管的发明  2014 Betzig, Hell and Moerner: 纳米荧光成像发明  2017 雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什:在LIGO探测器和引力波观测方面  2018 Ashkin, Mourou, Strickland: 激光物理与技术  2019 Peebles, Mayor, Queloz:在物理宇宙学的理论发现  2022 Aspect, Clauser, Zeilinger:量子力学和量子纠缠理论 激光出现后，平均每三年有一项诺贝尔奖来自光学相关研究