光学与光谱学

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1、光学—光谱学—高压原位光谱学——物理学院光学定义：光学是研究光的传播以及它和物质相互作用问题的学科。光学的研究对象、地位和特点：光是一种重要的自然现象光学是物理学的一个重要分支光学学科是一门应用性极强的基础学科光的本质（1）古代元气说（公元前400多年的《墨经》）光，即火。火属五行之一，五行生于元气，故光生于元气。发光谓之吐气，受光谓之含气。（2）牛顿（Isaac.Newton）的微粒说（17世纪）光是一种高速运动着的微粒流。微粒说能够很好地解释光在均匀介质中的直线传播以及在两种介质分界面上的反射定律，但在解释折射现象时

2、，会得出与实际情况相反的结果，并且微粒说也不能解释光的干涉、衍射和偏振等现象。（3）惠更斯（C.Huygens）的波动说光是在充满整个空间的特殊介质“以太”中传播的某种弹性波，因此服从波动的传播规律——惠更斯原理。利用惠更斯原理不仅能够正确解释光的直线传播和反射定律，也能够正确解释光的折射定律以及双折射现象。（4）杨氏（T.Young）双缝干涉实验与波动学说的重新兴起。分别通过两个缝的两束光在屏幕上的重叠区域内形成一组明暗相间的条纹。包涵了光波波长的概念，并初步测定出了光波波长的大小。。（5）菲涅耳（A.J.Fresne

3、l）对光的波动说的贡献设计了双平面镜和双棱镜干涉实验，进一步证实了杨氏关于双缝干涉现象解释的正确性；发现并解释了菲涅耳衍射；总结出了菲涅耳公式及方程（6）麦克斯韦电磁理论（19世纪60年代初）麦克斯韦（J.C.Maxwell）的贡献：得出了著名的麦克斯韦方程组，预言出电磁波的存在，并推算出电磁波在真空中的传播速度与测量得到的光速值极为接近，进一步预言光是一种电磁波动，诞生了光的电磁理论。电磁波的实验证实：赫兹（H.R.Hertz）通过一系列实验于1888年证实了电磁波的存在。麦克斯韦电磁理论的缺陷：假定光波是通过“以太”

4、传播的。为了寻找“以太”介质，迈克尔逊（A.A.Michelson）和莫雷（E.W.Moley）于1887年设计出了一台精密干涉仪，试图以此观察地球相对“以太”的运动。结论：通过任何实验都不可能观察到地球相对于以太运动的任何效应。1905年，爱因斯坦（A.Einstein）发表了著名的狭义相对论。彻底否定了“以太”的存在；同时还假设，光在真空中始终以恒定的速度传播，与光源或观察者运动状态无关。（7）电磁波动学说的困境对于黑体辐射和光电效应实验，无论采用任何假设，只要是以电磁理论为前提，所得结论都与实验结果相矛盾。（8）量

5、子论的提出普朗克（M.Planck）的黑体辐射公式爱因斯坦的光电效应方程“光子（photon）”概念的提出（9）光的本质的再认识激光与新效应光是一种特殊的粒子，具有波粒二象性。现代光学传统光学的研究对象：以望远镜、显微镜、光谱仪、干涉仪、照相机等为代表的各种光学仪器及其在精密测量、光谱分析以及成像等方面的应用。现代光学的重要标志：激光技术，信息光学，非线性光学，波导光学激光器的发明激光名称的由来：lightamplificationbystimulatedemissionofRadiation（受激辐射激发的光放大），缩

6、写为LASER。故最初的中文名称音译为“镭射”“莱塞”。1964年由钱学森教授取名为“激光”。爱因斯坦的预言（1916）：在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跃迁到低能级上，相应地会辐射出与激发它的光相同性质的光——受激辐射。在一定条件，如果能使原子和分子的受激辐射去激发其它粒子，造成连锁反应，雪崩似的获得放大效果，就可能获得单色性极强的辐射。光谱学光谱学是光学的一个分支学科，研究物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。光谱是电磁辐射按照波长的有序

7、排列。根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。通过光谱研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构和性能的知识。光谱学本身是一门科学，同时它也是一种科学手段。THZ光谱的分类频率X射线衍射，紫外-可见吸收光谱仪，红外吸收光谱仪……电磁波传播和接收方式衍射、散射、透射、吸收和发射光谱紫外-可见吸收光谱紫外吸收光谱和可见吸收光谱都属于分子光谱，他们是由于价电子的跃迁产生的。利用物质的分子或离子对紫外和可见光的吸收所产生的紫外可见吸收程度

8、可以对物质的组成、含量和结构进行分析、测定和推断。1、光源：提供入射光装置。钨灯（350-1000nm）和氘灯（180-360nm）。2、单色器：是将光源辐射的复合光分成单色光的光学装置。单色器一般由狭缝、色散元件和透镜系统组成，其中色散元件是单色器的核心部件，最常见的色散元件是棱镜和光栅。3、吸收池：是用于成装被测