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 — 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
nm7 6 03 9 0 Hz107.79.3 14
760nm 390nm可见光电 磁 波 谱红外线 紫外线射线?
X 射线长波无线电波
610 1010 1410 1810 2210210 410 810 1210 1610 2010 2410010
频率 Hz
1610?810波长 m 410 410?010 810? 1210?
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 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?
sJh 34106 2 6.6
h
c
h
cp
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
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。
19世纪 波动学说 达到尽善尽美境界
1801-1803,杨氏双缝实验 — 干涉条纹菲涅耳,惠更斯 -菲涅耳原理 成功解释了衍射现象
1850年傅科用旋转镜法 测定光速,说明光在水中的速度比在空气中小 (这是波动光学预言的结果 )
麦克斯韦和谐优美的 方程组及电磁波理论
19世纪到 20世纪：深入研究光与物质相互作用出现的经典理论与黑体辐射能谱间的矛盾 — 开尔文称为“笼罩在物理学上空的两朵乌云”之一。
普朗克 1900年提出 量子假说
1905年爱因斯坦提出光子学说，成功解释 光电效应 — 光子的概念
1924年德布罗意提出 物质波 (每一粒子的运动都与一定的波长相联系 )，由电子通过金属箔的衍射实验证实
20年代中期，薛定谔、海森伯、狄拉克和玻恩等人建立了 量子力学 — 波动性和粒子性在新的形式下得到统一光学与光通信 —— 傅立叶光学 —— 空间滤波、图像识别
—— 光学信息处理
—— 全息学、干涉计量、特征识别、高密度储存、三维显示
1948年伽柏发明 全息术 ；
50年代通讯理论和光学的结合，产生了 傅里叶光学
—— 光学信息处理的理论和技术奠定了基础。
90年代迅速发展的分数傅里叶光学是傅里叶光学的发展和延拓，
为光学信息处理开辟了更广的领域。
激光,高强度、高相干性全息术得益于激光器的问世通讯、测距、加工、医疗光谱学、激光制导、激光武器、激光热核聚变,非线性光学 — 介质中的非线性叠加 — 如倍频、混频、自聚焦等。
1960年第一台红宝石激光器的发明是光学发展的一个新里程碑。它是 20世纪继原子能、半导体、计算机之后的又一重大发明。
计算机延伸了人的大脑，而激光延伸了人的感官，
成为探索大自然奥秘的,超级探针,。
20世纪现代光学发展的重要标志,涌现大量分支和交叉学科薄膜光学、纤维光学 (导波光学 )、集成光学、激光光谱学、二元光学、瞬态光学、量子光学、原子光学、
激光物理、激光化学、激光生物学等。
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
nm7 6 03 9 0 Hz107.79.3 14
760nm 390nm可见光电 磁 波 谱红外线 紫外线射线?
X 射线长波无线电波
610 1010 1410 1810 2210210 410 810 1210 1610 2010 2410010
频率 Hz
1610?810波长 m 410 410?010 810? 1210?
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 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?
sJh 34106 2 6.6
h
c
h
cp
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
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。
19世纪 波动学说 达到尽善尽美境界
1801-1803,杨氏双缝实验 — 干涉条纹菲涅耳,惠更斯 -菲涅耳原理 成功解释了衍射现象
1850年傅科用旋转镜法 测定光速,说明光在水中的速度比在空气中小 (这是波动光学预言的结果 )
麦克斯韦和谐优美的 方程组及电磁波理论
19世纪到 20世纪：深入研究光与物质相互作用出现的经典理论与黑体辐射能谱间的矛盾 — 开尔文称为“笼罩在物理学上空的两朵乌云”之一。
普朗克 1900年提出 量子假说
1905年爱因斯坦提出光子学说，成功解释 光电效应 — 光子的概念
1924年德布罗意提出 物质波 (每一粒子的运动都与一定的波长相联系 )，由电子通过金属箔的衍射实验证实
20年代中期，薛定谔、海森伯、狄拉克和玻恩等人建立了 量子力学 — 波动性和粒子性在新的形式下得到统一光学与光通信 —— 傅立叶光学 —— 空间滤波、图像识别
—— 光学信息处理
—— 全息学、干涉计量、特征识别、高密度储存、三维显示
1948年伽柏发明 全息术 ；
50年代通讯理论和光学的结合，产生了 傅里叶光学
—— 光学信息处理的理论和技术奠定了基础。
90年代迅速发展的分数傅里叶光学是傅里叶光学的发展和延拓，
为光学信息处理开辟了更广的领域。
激光,高强度、高相干性全息术得益于激光器的问世通讯、测距、加工、医疗光谱学、激光制导、激光武器、激光热核聚变,非线性光学 — 介质中的非线性叠加 — 如倍频、混频、自聚焦等。
1960年第一台红宝石激光器的发明是光学发展的一个新里程碑。它是 20世纪继原子能、半导体、计算机之后的又一重大发明。
计算机延伸了人的大脑，而激光延伸了人的感官，
成为探索大自然奥秘的,超级探针,。
20世纪现代光学发展的重要标志,涌现大量分支和交叉学科薄膜光学、纤维光学 (导波光学 )、集成光学、激光光谱学、二元光学、瞬态光学、量子光学、原子光学、
激光物理、激光化学、激光生物学等。
