光學與原子物理第1頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第1頁。助教黃少茹老師徐滕老師《光學》第零章緒論第一章幾何光學第二章光的波動模型第三章光的干涉第四章光的衍射第五章光的電磁性第2頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第2頁。第零章緒論?

學習光學的重要性；?

光學講什么？?

光是什么？第3頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第3頁。學習光學的重要性?

光(陽光)是生命的源泉。?

光是人類認識世界的主要橋梁。人類感官得到的外界信息中，至少90%通過眼睛。?

光現象是物理理論的主要發源地。?

光學應用科學迅猛發展。?

現代光學是科學前沿的重要領域。第4頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第4頁。光學的內容與分類?什么是光學光學研究光的本性，光的產生、傳播、光與物質相互作用以及光在科技中應用的科學。?光學的內容幾何光學：以光的直線傳播、反射、折射三大實驗定律為基礎，研究光在透明介質中的傳播與成像的規律波動光學：以Maxwell電磁理論為基礎，研究光的波動性、電磁性(主要在宏觀傳播方面)量子光學：以光的量子理論為基礎，描述光的粒子性(主要表現在發光機制及光與物質的相互作用方面)?波動光學，量子光學統稱物理光學，描述光的本性！第5頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第5頁。?

當光場(光波傳播到的整個區域)的特征量(能量密度、光強度)》h時，量子效應不明顯－－波動光學！?

傳播過程中障礙物線度遠遠大于波長－－幾何光學?

光與物質相互作用時(一個光子與一個原子作用)－－量子光學光學的分類第6頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第6頁。1.光的機械微粒說與初期波動說的斗爭微粒說：光是粒子流(滿足力學規律)代表人物：Descartes,Newton起因:光的直線傳播--易用自由粒子解釋；光能在真空中傳播--機械波需要介質；牛頓的權威(機械論的觀念)光是什么？第7頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第7頁。微粒說對直進、反射、折射的解釋:反射：彈性碰撞折射：微粒受界面法向力的作用存在問題：(1)不能解釋當時已發現的干涉現象(牛頓環)(2)得出光密介質光速大的錯誤結論第8頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第8頁。波動說：光是一種波動現象代表人物：Hooke,Huygens理論觀點：光是以太中的振動的傳播，以太中每一點可看成次波源起因:二列波的獨立傳播現象;發現牛頓環現象(Hooke發現，象水波)；Grimalde發現衍射現象第9頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第9頁。Huygens解釋折射：(Huygens原理)缺點：不完善，不能解釋光的直進，也不能解釋衍射！第10頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第10頁。重新興起：1801年楊氏(T.Young)雙縫干涉實驗1802年楊用波相干疊加思想解釋雙縫實驗1808年馬呂斯發現光的偏振給機械粒子說致命打擊的兩個實驗：小圓盤衍射水中光速的測定這時期的主要物理思想是：Young對干涉的解釋和Fresnel對衍射的解釋惠-菲原理！2.波動說的初步確立第11頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第11頁。19世紀電磁學迅速發展，最后麥克斯韋把電磁學規律總結為四個方程，建立了完整的電磁理論體系。麥克斯韋斷言，光波=電磁波！后來，赫茲(H.Hertz)用實驗證實了電磁波的存在，并發現電磁波也有反射、折射、干涉、衍射等現象。以后一個時期，經典光學以麥氏電磁理論為基礎，解釋了所有關于光的傳播現象(干涉、衍射、偏振、雙折射等等)，使經典光學達到相當完美的地步。3.光由類機械波向光是電磁波的轉變第12頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第12頁。以太的否定，電磁波是物質波當波動說確定后，人們初認為光是以太中傳播的類彈性波；但根據機械彈性理論研究以太，發現以太有許多難以想象的性質。最根本的：若有以太存在，就有以太絕對靜止系，可以測到以太相對地球的速度。這被實驗證偽。Einstein否定以太。電磁波不需要介質。電磁波是物質波。第13頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第13頁。1900年，普朗克發現了黑體輻射公式，并提出了“能量子假說”：物質在發光時是一份份輻射的1905年，愛因斯坦為解釋光電效應，提出“光量子假說”：光是光子流(不但在輻射時是一份份的，在傳播、吸收時也是一份份的)康普頓散射：光子與電子作用時滿足動量守恒與能量守恒4.光的本性具有波粒二象性思想的確立至此，人們不得不承認，一方面光在宏觀傳播時表現出波動性，另一方面，在光與物質相互作用時，發生能、動量交換時光有充分顯示出量子化(粒子性)的特征。第14頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第14頁。1924年前后，德布羅意受光的波粒二象性啟發，提出微觀粒子也具有波粒二象性的大膽假設，導致量子力學誕生(微觀粒子的波動力學)，后被電子衍射、中子衍射所證實。5.對量子理論的影響后來海森堡、玻爾、波恩、薛定諤、狄拉克等人創立和發展了量子力學20世紀20-30年代，狄拉克、費米等人又在量子力學基礎上創立了“相對論量子力學”、“量子場論”、“量子電動力學”，描述基本粒子之間、光子與帶電粒子之間的相互作用。第15頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第15頁。?從現象上看?

傳播現象主要表現出波動性，出現干涉、衍射、偏振等，規律完全由麥克斯韋電磁理論描述。?

光場與物質相互作用(包括發光)主要表現出粒子性，規律由量子光學描述。?本質上?

光的動力學行為(光與粒子的相互作用)能、動量交換是量子化的，局域的，一次性的，在此意義上，光是光子流。?

為何仍可講光是電磁波？光的波粒二象性的簡單理解第16頁，此課件共18頁哦光學與原子物理全文共18頁，當前為第16頁。單個光子的運動學的統計規律由電磁理論描述。光很弱時，光子一個一個被探測到，不可能半個光子(粒子性);少量時，無規律，大量光子時，出現干涉條紋亮度大則光子出現的幾率大。光子在屏上出現幾率與電磁理論計算結果一致。光波是光子的幾率波。第1