物 理 光 学
绪论
教材,<<物理光学 >> 梁全廷 机工版
教学时数,56学时
课程性质,学位课
考核方式,闭卷考试
课内外比例,1:2
辅导时间,每周一晚 8:00-10:00
辅导地点,教 3楼 209室
讲述提纲
? 一、光学的科学体系
? 二、对光学现象的发现与认识
? 三、对光本性的认识，波动光学的发展史
? 四、本课程的任务与要求
? 五、波动综述
一、光学的科学体系
? 光学：是研究光的本性,光的传播以及它和物
质相互作用的学科。
? 1.几何光学：基于, 光线, 的概念讨论光的传
播规律。
? 2.波动光学：研究光的波动性（干涉、衍射、
偏振）的学科。
? 3.量子光学：研究光与物质的相互作用的问题。
? 4.现代光学,20世纪后半期发展起来的很庞大
的体系。
1.几何光学
?, 从理论上说，几何光学三个基本定律
（直线传播，折射、反射定律）,是费马原
理的必然结果,也是光波衍射规律的短波近
似。
? 它们在方法上是几何的，在物理上不涉
及光的本质。
? 几何光学主要是从直线传播，折射、
反射定律等实验定律出发，讨论成像等特
殊类型的 传播问题。
2.波动光学：
? 研究光的波动性（干涉、衍射、偏振）以
及用波动理论对光与物质相互作用进行描
述的学科。
? 基本问题：在各种条件下的传播问题。
? 基本原理：惠更斯 -菲涅耳原理。
? 波前：原为等相面，现泛指波场中的 任一
曲面，更多的是指一个平面。
? 主线：如何描述、识别、分解、改造、记
录和再现波前，构成了波动光学的主线
3.量子光学
? 把光视为一个个分立的粒子,它主要用于分
析辐射、光发射以及某些在物质的微观结
构起重要作用时光与物质的相互作用现象。
? 在这领域内有时可用经典理论，有时需用
量子理论。对于这类原不属于传统光学的
内容，有人冠之以, 分子光学, 或, 量子
光学, 等名称，也有人把它们仍归于物理
光学之内。
4.近代光学：
? 1948年全息术的提出,1955年光学传递函数的建
立,1960年激光的诞生为其发展中的三件大事。
? 薄膜光学的建立，源于光学薄膜的研究和薄膜技
术的发展；
? 傅立叶光学的建立源于数学、通讯理论和光的衍
射的结合；它利用系统概念和频谱语言来描述光
学变换过程，形成了光学信息处理的内容．
? 集成光学源于将集成电路的概念和方法引入光学
领域；
4.近代光学：
? 非线性光学源于高强度激光的出现、它研究当介
质已不满足线性叠加原理时所产生的一些新现象，
如倍频,混频,自聚焦等 ;
? 对光导纤维的研究形成了纤维光学或导波光学 ;
? 导波光学,电子学和通讯理论的结合使得光通信
得到迅速发展和应用,成为人类在 20世纪最重要的
科技成就 ;
? 非线性光学,信息光学及集成光学等理论与技术
的结合可能会导致新一代计算机 — 光计算机的诞
生,据预测它将部分实现人脑的功能 (如学习和联
想 )
二、对光学现象的发现与认识
? 1.对光的早期认识
? 2.几何光学规律的发现
? 3.波动光学现象的发现
1.对光的早期认识
? 公元前 5世纪：人们就已经考虑视觉是如何
产生的。提出两种假设：触觉论、发射论。
? 触觉论：内容、贡献及存在的问题。
? 发射论：内容、贡献及存在的问题。
? 公元 10世纪：发射论完全取代触觉论。
2.几何光学规律的发现
? 公元前 4世纪：, 墨经, 记述了光的直线传播、
阴影形成、光的反射和凹凸面镜反射成像等规
律。
? 公元前 3世纪：古希腊欧几里德 Euclid也发现了
光的直线传播和镜面反射定律
? 公元 17世纪前期：荷兰的斯涅耳（ W.Snell）从
实验上发现了折射定理,而法国的笛卡儿
（ R.Descartes）第一个把它表示为现代的正弦
形式 ;1657年费马 (P.deFermat)提出了著名的费马
原理,
3.波动光学现象的发现
? 17世纪：
? 50年代，意大利的格里马第（ F.M.Grimaldi）首次详
细地描述了衍射现象；
? 英国的胡克（ R.Hooke）和玻依耳 (R.Boyle)各自独立
地发现了现称为, 牛顿环, 的在白光下薄膜的彩色干涉图样 ;
? 牛顿（ I.Newton）进行了棱镜分光实验,并分析了
,牛顿环, 的生成及色序问题。
? 60年代，丹麦的巴塞林那斯（ E.Bartholinus）发现了
双折射现象。
? 70年代荷兰的惠更斯（ C.Huygens）进一步发现了光
的偏振现象。
三、对光本性的认识，波动光学的
发展史
? 17世纪中叶以前的认识
? 17世纪中叶至 19世纪的认识：
? 光的波动说和微粒说
? 20世纪的认识：波粒二象性
17世纪中叶以前的认识
? 如前所述：主要有触觉论、发射论两种。
? 公元 10世纪：发射论完全取代触觉论。
? 完成了人类对光本性认识的第一次飞跃。
2.17世纪中叶至 19世纪的认识
? 人类对光本性的认真探讨始于 17世纪，主
要有两个对立的学说 —— 光的波动说和微
粒说
? 微粒说的内容、贡献、存在的主要问题。
? 微粒说认为光是按照惯性定律沿直线飞行
的微粒流 ;
? 直接说明了光的直线传播定律,并能对光的
反射,折射作一定的解释 ;
? 用微粒说研究光的折射定律时,得出了光在
水中的速度比空气中大的结论,
17世纪中叶至 19世纪的认识
? 波动说的内容、贡献、存在的主要问题。
? 胡克明确主张光由振动组成,每一振动产生一个
球面并以高速向外传播,此为波动说的发端 ;
? 1690年惠更斯在其著作 <<论光 >>中提出光是
在 一种特殊弹性媒质 中传播的机械纵波,
? 19世纪初,托马斯,扬和菲涅耳等人的工作将波动
说大大推向前进,解释了光的干涉和衍射现象,根
据光的偏振现象确认光为横波 ;
? 用波动说研究光的折射定律时,得出了光在水中
的速度比空气中小的结论,并于 1862年被傅科的
实验所证实,
? 特殊弹性媒质始终未能找到,
17世纪中叶至 19世纪的认识
? 光的电磁理论的提出、主要贡献和问题。
? 19世纪 60 年代,麦克斯韦建立电磁理论,预言
了电磁波的存在,并根据电磁波的速度与光
速相等的事实,麦克斯韦确信光是一种电磁
现象,
? 1888年赫兹实验发现了无线电波,证明了麦
克斯韦电磁理论的正确性,
? 特殊弹性媒质, 以太, 始终未能找到
20世纪的认识
? 经典物理的困难
? 1887年迈克而逊和莫雷实验,否定了, 以太,
假说,以, 静止以太, 为背景的绝对时空观
遇到了根本困难 ;
? 瑞利和金斯根据经典统计力学和电磁理论,
导出黑体辐射公式,它要求辐射能量随频率
的增大而趋于无穷,
? 上述经典物理的困难预示着近代物理学两
个革命性的重大理论 — 相对论和量子论的
诞生,
20世纪的认识
? 波粒二象性,
? 光的某些方面的行为象经典的, 波动,,另一
某些方面的行为象经典的, 粒子,,
? 实际上, 波动, 和, 粒子, 都是经典物理的
概念,近代科学实践证明,光是一个十分复杂的
客体,对于它的本性问题,只能用它所表现的性
质和规律来回答,任何经典的概念都不能完全
概括光的本性,
四、本课程的任务与要求
? 1.本课程研究的内容：阐述光的电磁性质，
光在各向同性介质界面上的传播规律和光
波的叠加与分析，光波的干涉和典型的干
涉装置与应用、光波的衍射的基本原理、
光的偏振及其在晶体中的传播等经典光学
和现代光学的基本知识。
? 通过本课程的学习，培养学生运用理论分
析和解决光学工程和光电信息工程中的工
程光学问题的能力，使具有进一步学习和
处理现代光学理论和技术的能力
本课程的任务与要求
? 成绩评定：
? 一、成绩评定包括三个部分
? 1,平时作业占 10% ；
2,课堂练习占 20%,将在教学过程中
不定时举行；
3,课程结束后的闭卷考试占 70% 。
? 二、平时作业三分之一及以上未交、或三
分之一及以上时间缺课者，按学校规定，
不得参加考试。
本课程的任务与要求
? 主要参考书,
? 赵凯华，钟锡华，光学，北京大学出版社,1984
? 母国光、战元龄，光学，人民教育出版社,1979
? 廖延彪，物理光学，电子工业出版社,1986
? 严瑛白，应用物理光学，机械工业出版社,1990
? 梁铨廷，物理光学理论与习题，机械工业出版社，
1985
? 石顺祥等,物理光学与应用光学,西安电子科技大学出
版社,2000.8
? 蔡履中等,光学 (修订版 ),山东大学出版社,2002.8
绪论
教材,<<物理光学 >> 梁全廷 机工版
教学时数,56学时
课程性质,学位课
考核方式,闭卷考试
课内外比例,1:2
辅导时间,每周一晚 8:00-10:00
辅导地点,教 3楼 209室
讲述提纲
? 一、光学的科学体系
? 二、对光学现象的发现与认识
? 三、对光本性的认识，波动光学的发展史
? 四、本课程的任务与要求
? 五、波动综述
一、光学的科学体系
? 光学：是研究光的本性,光的传播以及它和物
质相互作用的学科。
? 1.几何光学：基于, 光线, 的概念讨论光的传
播规律。
? 2.波动光学：研究光的波动性（干涉、衍射、
偏振）的学科。
? 3.量子光学：研究光与物质的相互作用的问题。
? 4.现代光学,20世纪后半期发展起来的很庞大
的体系。
1.几何光学
?, 从理论上说，几何光学三个基本定律
（直线传播，折射、反射定律）,是费马原
理的必然结果,也是光波衍射规律的短波近
似。
? 它们在方法上是几何的，在物理上不涉
及光的本质。
? 几何光学主要是从直线传播，折射、
反射定律等实验定律出发，讨论成像等特
殊类型的 传播问题。
2.波动光学：
? 研究光的波动性（干涉、衍射、偏振）以
及用波动理论对光与物质相互作用进行描
述的学科。
? 基本问题：在各种条件下的传播问题。
? 基本原理：惠更斯 -菲涅耳原理。
? 波前：原为等相面，现泛指波场中的 任一
曲面，更多的是指一个平面。
? 主线：如何描述、识别、分解、改造、记
录和再现波前，构成了波动光学的主线
3.量子光学
? 把光视为一个个分立的粒子,它主要用于分
析辐射、光发射以及某些在物质的微观结
构起重要作用时光与物质的相互作用现象。
? 在这领域内有时可用经典理论，有时需用
量子理论。对于这类原不属于传统光学的
内容，有人冠之以, 分子光学, 或, 量子
光学, 等名称，也有人把它们仍归于物理
光学之内。
4.近代光学：
? 1948年全息术的提出,1955年光学传递函数的建
立,1960年激光的诞生为其发展中的三件大事。
? 薄膜光学的建立，源于光学薄膜的研究和薄膜技
术的发展；
? 傅立叶光学的建立源于数学、通讯理论和光的衍
射的结合；它利用系统概念和频谱语言来描述光
学变换过程，形成了光学信息处理的内容．
? 集成光学源于将集成电路的概念和方法引入光学
领域；
4.近代光学：
? 非线性光学源于高强度激光的出现、它研究当介
质已不满足线性叠加原理时所产生的一些新现象，
如倍频,混频,自聚焦等 ;
? 对光导纤维的研究形成了纤维光学或导波光学 ;
? 导波光学,电子学和通讯理论的结合使得光通信
得到迅速发展和应用,成为人类在 20世纪最重要的
科技成就 ;
? 非线性光学,信息光学及集成光学等理论与技术
的结合可能会导致新一代计算机 — 光计算机的诞
生,据预测它将部分实现人脑的功能 (如学习和联
想 )
二、对光学现象的发现与认识
? 1.对光的早期认识
? 2.几何光学规律的发现
? 3.波动光学现象的发现
1.对光的早期认识
? 公元前 5世纪：人们就已经考虑视觉是如何
产生的。提出两种假设：触觉论、发射论。
? 触觉论：内容、贡献及存在的问题。
? 发射论：内容、贡献及存在的问题。
? 公元 10世纪：发射论完全取代触觉论。
2.几何光学规律的发现
? 公元前 4世纪：, 墨经, 记述了光的直线传播、
阴影形成、光的反射和凹凸面镜反射成像等规
律。
? 公元前 3世纪：古希腊欧几里德 Euclid也发现了
光的直线传播和镜面反射定律
? 公元 17世纪前期：荷兰的斯涅耳（ W.Snell）从
实验上发现了折射定理,而法国的笛卡儿
（ R.Descartes）第一个把它表示为现代的正弦
形式 ;1657年费马 (P.deFermat)提出了著名的费马
原理,
3.波动光学现象的发现
? 17世纪：
? 50年代，意大利的格里马第（ F.M.Grimaldi）首次详
细地描述了衍射现象；
? 英国的胡克（ R.Hooke）和玻依耳 (R.Boyle)各自独立
地发现了现称为, 牛顿环, 的在白光下薄膜的彩色干涉图样 ;
? 牛顿（ I.Newton）进行了棱镜分光实验,并分析了
,牛顿环, 的生成及色序问题。
? 60年代，丹麦的巴塞林那斯（ E.Bartholinus）发现了
双折射现象。
? 70年代荷兰的惠更斯（ C.Huygens）进一步发现了光
的偏振现象。
三、对光本性的认识，波动光学的
发展史
? 17世纪中叶以前的认识
? 17世纪中叶至 19世纪的认识：
? 光的波动说和微粒说
? 20世纪的认识：波粒二象性
17世纪中叶以前的认识
? 如前所述：主要有触觉论、发射论两种。
? 公元 10世纪：发射论完全取代触觉论。
? 完成了人类对光本性认识的第一次飞跃。
2.17世纪中叶至 19世纪的认识
? 人类对光本性的认真探讨始于 17世纪，主
要有两个对立的学说 —— 光的波动说和微
粒说
? 微粒说的内容、贡献、存在的主要问题。
? 微粒说认为光是按照惯性定律沿直线飞行
的微粒流 ;
? 直接说明了光的直线传播定律,并能对光的
反射,折射作一定的解释 ;
? 用微粒说研究光的折射定律时,得出了光在
水中的速度比空气中大的结论,
17世纪中叶至 19世纪的认识
? 波动说的内容、贡献、存在的主要问题。
? 胡克明确主张光由振动组成,每一振动产生一个
球面并以高速向外传播,此为波动说的发端 ;
? 1690年惠更斯在其著作 <<论光 >>中提出光是
在 一种特殊弹性媒质 中传播的机械纵波,
? 19世纪初,托马斯,扬和菲涅耳等人的工作将波动
说大大推向前进,解释了光的干涉和衍射现象,根
据光的偏振现象确认光为横波 ;
? 用波动说研究光的折射定律时,得出了光在水中
的速度比空气中小的结论,并于 1862年被傅科的
实验所证实,
? 特殊弹性媒质始终未能找到,
17世纪中叶至 19世纪的认识
? 光的电磁理论的提出、主要贡献和问题。
? 19世纪 60 年代,麦克斯韦建立电磁理论,预言
了电磁波的存在,并根据电磁波的速度与光
速相等的事实,麦克斯韦确信光是一种电磁
现象,
? 1888年赫兹实验发现了无线电波,证明了麦
克斯韦电磁理论的正确性,
? 特殊弹性媒质, 以太, 始终未能找到
20世纪的认识
? 经典物理的困难
? 1887年迈克而逊和莫雷实验,否定了, 以太,
假说,以, 静止以太, 为背景的绝对时空观
遇到了根本困难 ;
? 瑞利和金斯根据经典统计力学和电磁理论,
导出黑体辐射公式,它要求辐射能量随频率
的增大而趋于无穷,
? 上述经典物理的困难预示着近代物理学两
个革命性的重大理论 — 相对论和量子论的
诞生,
20世纪的认识
? 波粒二象性,
? 光的某些方面的行为象经典的, 波动,,另一
某些方面的行为象经典的, 粒子,,
? 实际上, 波动, 和, 粒子, 都是经典物理的
概念,近代科学实践证明,光是一个十分复杂的
客体,对于它的本性问题,只能用它所表现的性
质和规律来回答,任何经典的概念都不能完全
概括光的本性,
四、本课程的任务与要求
? 1.本课程研究的内容：阐述光的电磁性质，
光在各向同性介质界面上的传播规律和光
波的叠加与分析，光波的干涉和典型的干
涉装置与应用、光波的衍射的基本原理、
光的偏振及其在晶体中的传播等经典光学
和现代光学的基本知识。
? 通过本课程的学习，培养学生运用理论分
析和解决光学工程和光电信息工程中的工
程光学问题的能力，使具有进一步学习和
处理现代光学理论和技术的能力
本课程的任务与要求
? 成绩评定：
? 一、成绩评定包括三个部分
? 1,平时作业占 10% ；
2,课堂练习占 20%,将在教学过程中
不定时举行；
3,课程结束后的闭卷考试占 70% 。
? 二、平时作业三分之一及以上未交、或三
分之一及以上时间缺课者，按学校规定，
不得参加考试。
本课程的任务与要求
? 主要参考书,
? 赵凯华，钟锡华，光学，北京大学出版社,1984
? 母国光、战元龄，光学，人民教育出版社,1979
? 廖延彪，物理光学，电子工业出版社,1986
? 严瑛白，应用物理光学，机械工业出版社,1990
? 梁铨廷，物理光学理论与习题，机械工业出版社，
1985
? 石顺祥等,物理光学与应用光学,西安电子科技大学出
版社,2000.8
? 蔡履中等,光学 (修订版 ),山东大学出版社,2002.8
