高等光学第讲 优秀PPT.ppt
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1、高等光学课件第讲 第一页,本课件共有38页v光学是物理学的基本内容,物理学的发展每一个阶段与光学密切光学是物理学的基本内容,物理学的发展每一个阶段与光学密切相关。在传统物理学中,光的传播理论和波动理论与经典力学、相关。在传统物理学中,光的传播理论和波动理论与经典力学、电磁学构成物理学的主体。现代物理学中,光的粒子性在量子理电磁学构成物理学的主体。现代物理学中,光的粒子性在量子理论和相对论对人们研究微观物质和宏观世界发挥着重要作用。论和相对论对人们研究微观物质和宏观世界发挥着重要作用。前前 言言v光学技术在各个重大科技发展阶段均发挥重要的推动作用光学技术在各个重大科技发展阶段均发挥重要的推动作用
2、。(目前最活跃的学科与技术是电子、材料、生命和光学)无论从理论上或应用技术角度出发,从事物理学或光学技术的无论从理论上或应用技术角度出发,从事物理学或光学技术的人员都应对光学基本理论有较深的了解。人员都应对光学基本理论有较深的了解。第二页,本课件共有38页一、光学的基本理论一、光学的基本理论 粒子理论(光子)粒子理论(光子)量子光学理论(场的量子化理论为基础)量子光学理论(场的量子化理论为基础)研究光子的特性及规律研究光子的特性及规律光子产生淹光子产生淹没过程(物质的光吸收与发射)没过程(物质的光吸收与发射)解决光与物质相互作用问题(能量转移过解决光与物质相互作用问题(能量转移过程,包括非线形
3、光学即强光光学)程,包括非线形光学即强光光学)主要应用于微观光与物质相互作用。主要应用于微观光与物质相互作用。波动理论(电磁波)波动理论(电磁波)经典光学理论(麦克斯韦电磁场理论为基础)经典光学理论(麦克斯韦电磁场理论为基础)研究传统光学研究传统光学解决光解决光传输、成像问题传输、成像问题 主要应用于宏观体系;由于光波是一种频率非常高的主要应用于宏观体系;由于光波是一种频率非常高的电磁波,人眼及光学仪器测量的信息是光强,光学的研究内容与普通电电磁波,人眼及光学仪器测量的信息是光强,光学的研究内容与普通电磁波有区别;同时考虑到应用上的要求与特点,在一定近似情况下,有磁波有区别;同时考虑到应用上的
4、要求与特点,在一定近似情况下,有相应部分应用技术内容(几何光学)。相应部分应用技术内容(几何光学)。光的两种属性:波动性和粒子性光的两种属性:波动性和粒子性相应的光学两种基本理论相应的光学两种基本理论第三页,本课件共有38页v光谱学:利用色散(波)技术,研究物质结构、成份。光谱学:利用色散(波)技术,研究物质结构、成份。v信息光学:利用波的特征,研究信息传输、存储与处理。信息光学:利用波的特征,研究信息传输、存储与处理。v特殊波段光学:红外光谱(光学)、特殊波段光学:红外光谱(光学)、X X射线理论及应用。射线理论及应用。v晶体光学:特殊物质(特是各向异性物质)中光波的传播特性。晶体光学:特殊
5、物质(特是各向异性物质)中光波的传播特性。v光电子学:光学与电子学交叉学科。光电子学:光学与电子学交叉学科。其中包括激光原理,强光源器件理论(半经典理论),传播部分为波其中包括激光原理,强光源器件理论(半经典理论),传播部分为波动,发射与吸收部分为光量子理论动,发射与吸收部分为光量子理论 。v色度学:光谱亮度分布应用理论,颜色理论。色度学:光谱亮度分布应用理论,颜色理论。二、从基础光学出发的相关内容二、从基础光学出发的相关内容 与光学交叉学科及应用方面的相关光学理论与光学交叉学科及应用方面的相关光学理论第四页,本课件共有38页三、研究方法三、研究方法v普通光学:由实验现象入手,应用高等数学知识
6、,得出基本规律或普通光学:由实验现象入手,应用高等数学知识,得出基本规律或 定律,建立相应的理论关系。内容具体,容易理解。彼此之间相对定律,建立相应的理论关系。内容具体,容易理解。彼此之间相对 独立,缺少系统性,完整性。独立,缺少系统性,完整性。v高等光学:从光的最基本性质出发(光的两种属性之一高等光学:从光的最基本性质出发(光的两种属性之一 波动性波动性 为基础),利用数学推导的方法为基础),利用数学推导的方法,建立理论体系,解释各种自然光,建立理论体系,解释各种自然光 学现象和规律。学现象和规律。第五页,本课件共有38页v高等光学是一门理论课,应养成从理论上对客观现象基本规律进行高等光学是
7、一门理论课,应养成从理论上对客观现象基本规律进行 描述的习惯,要求学生具有描述的习惯,要求学生具有较好数学基础较好数学基础及及清晰的物理图像清晰的物理图像。v学习时应注意:由于受理论推导关系的限制,许多问题的求解需要学习时应注意:由于受理论推导关系的限制,许多问题的求解需要 在近似条件下进行,因此,需要掌握处理问题的近似尺度、前提条在近似条件下进行,因此,需要掌握处理问题的近似尺度、前提条 件或应用条件,近似的结果应在绝大多数光学传播问题的应用中能件或应用条件,近似的结果应在绝大多数光学传播问题的应用中能 完全满足完全满足/符合客观情况和客观要求。符合客观情况和客观要求。四、本课程的基本要求四
8、、本课程的基本要求第六页,本课件共有38页五、课程内容五、课程内容 光的基本电磁理论、干涉的理论基础、光学薄膜、光的偏振、晶光的基本电磁理论、干涉的理论基础、光学薄膜、光的偏振、晶体光学基本知识、光波的调制体光学基本知识、光波的调制六六、主要参考书、主要参考书vM.Born&E.wolf,光学原理,北京:电子工业出版社,光学原理,北京:电子工业出版社,2005v羊国光,宋菲君,高等物理光学,合肥:中国科技大学出版社,羊国光,宋菲君,高等物理光学,合肥:中国科技大学出版社,2008v廖延彪,光学原理与应用,北京:电子工业出版社,廖延彪,光学原理与应用,北京:电子工业出版社,2006v陈军,光学电
9、磁理论,北京:科学出版社,陈军,光学电磁理论,北京:科学出版社,2006第七页,本课件共有38页 平时(平时(10%)&期末考试(限时开卷,期末考试(限时开卷,60%)=本课程成绩本课程成绩&期末小论文(期末小论文(30%)七、考核方式七、考核方式第八页,本课件共有38页第 一 章 光的基本电磁理论11 麦克斯韦方程组1864年,Maxwell在总结安培、法拉第等人关于电场、磁场研究 工作的基础上,归纳得出描述统一的电磁场规律的麦克斯韦方程 组(Maxwell Equations),建立了完整的电磁场理论。1865年Maxwell进一步提出了光是一种电磁波的设想 1888年赫兹实验,结果显示:
10、电磁波的传播速度=光的传播速度结论:光是一种电磁波;光的电磁理论由此得以确立。光的电磁理论的建立推动了光学及整个物理学的发展,尽管在理光的电磁理论的建立推动了光学及整个物理学的发展,尽管在理论上有其局限性,但它仍是阐明众多光学现象的经典理论。论上有其局限性,但它仍是阐明众多光学现象的经典理论。第九页,本课件共有38页1、静电场和稳恒电流磁场的基本规律一、积分形式的麦克斯韦方程组一、积分形式的麦克斯韦方程组静电场高斯定理:通过任意闭合曲面的电位移通量(有源无旋场)静电场环路定律:电场强度沿任意闭合曲线的线积分(保守场)静磁场环路定律:磁场强度沿任意闭合曲线的线积分(安培环路定律)静磁场高斯定理:
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