工程光学基础

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1、工程光学基础张思祥　教授河北工业大学测控系课程安排课时:共计64学时;其中6个实验理论课:讲述工程光学基本原理和技术方法实验课:根据实验指导书的要求独立完成教材:《工程光学》郁道银机械工业出版社参考书：《工程光学基础》徐家骅工业出版社《工程光学》张风林天津大学出版社《应用光学》张以谟机械工业出版社《光学》母国光人民教育出版社《光学原理》M．波恩E，沃耳夫科学出版社涉及内容第一章几何光学的基本定律第二章    球面成象理论第三章理想光组理论第四章平面成像理论第五章实际光组中光束的限制第六章    象差概述第七章    典

2、型光学系统第八章光度学基础涉及内容实验一、物象关系的研究实验二、光组焦距的测量实验三、光组鉴别率的测定实验四、用星点法检验象质课程要求掌握几何光学成像原理和光学基本定律掌握球面成象理论和基本计算公式熟练掌握理想光组理论正确使用计算公式掌握平面成像理论和计算方法正确理解实际光组中光束的限制了解几种典型光学系统的特点及成像原理能对于复杂光学系统有初步分析的能力了解几何光学象差了解光度学的基本知识本课程的性质、目的与任务性质是测控技术与仪器专业的技术基础课任务通过讲课与实验掌握光学系统中几何光学成像原理和技术特点掌握几种典型

3、光学系统的构成与特点了解测控系统及仪器中工程光学的作用和典型光学系统在测控系统及仪器中的使用方法在今后的工程设计和产品开发中能够对光学系统进行总体的考虑分析和计算。研究生考试课考一课程绪论光学在物理学中的地位光学是物理学中的重要分之学科。光学现象是自然界中最容易被人们感知的自然现象之一，因此，光学是物理学中发展较早的学科之一。远古时人们对光的理解在古代对于光的研究，主要是试图回答“人为什么能看见周围的物体”这一类的问题。一种称为“触须理论”。；另一种称为“发射理论”。前一种看法显然是错误的，后一种看法也是非常肤浅的。绪

4、论十七世纪，由于生产水平的提高已能制作光学元件和简单的光学仪器。确定了几何的基本定律。同时也发现了一些违背几何光学基本定律的现象，例如：衍射，双折射等现象。因而，在十七世纪末，对于光的本性提出两种对立的观点：一种是以牛顿为代表的“微粒说”，另一种是以惠更斯为代表的“波动说”。光的“微粒说认为：光源发出的是微粒流。他以一定的速度向前传播。在均匀介质中微粒按惯性定律作匀速直线运动，所以光是沿直线传播的。“微粒”碰到发射面向弹性小球一样被弹了回来，这样就可解释光的反射定律。但是对于光的一些现象，如衍射等，“微粒说”就无法解释

5、。绪论“波动说”认为光是一种波。用波动的观点也可以解释折射定律和反射定律，也可以解释衍射现象。但是当时人们认为波是振动在弹性介质中的传播，光波可以不要介质在真空中传播，这一点是难以解释的。这两种学术互相争论，各自发展，几乎在整个十八世纪中，“微粒说”占统治地位。绪论十九世纪初，光的干涉现象被发现。对于光的干涉与衍射的进一步的研究，使“波动说”日益完善。光速的测定，证明了在反射率愈大的介质中光速愈小，这为“波动说”提供了有力的证据。光的偏振现象的研究证明了光是横波。大量实验提出的结论使光的“波动说”终于战胜了“微粒说”。

6、但是，这时的“波动说”把光的振动的理解成光是一种假象的介质“以太”中的机械弹性振动。由于光能在真空中传播，又能在物质中传播，因此，必须假定“以太”充满整个空间，也渗透在一切物质中。为解释光在不同物质中的速度不同，还必须假设“以太”在不同的物质中性质不同。关于“以太”的这些现象都是难以说服人的。所以，光的机械弹性波理论是有局限性的绪论十九世纪中叶，电磁学已有较完善的发展，理论上预言由电磁波存在。在试验上也获得了电磁波；同时发现光学现象与电磁现象之间有密切的联系。于是出现了光的电磁波学说。用光的电磁波理论代替了光的弹性机械

7、波理论，认为光也是电磁波。根据这种理论成功的解释了当时一别发现的大部分光学现象，使人们对于光的本性的认识更深入一步。这种理论被称为“经典的电磁波理论”，其对于电磁波波动性的认识是绝对化的。认为光波的能量在空间是连续分布的；虽然放弃了“以太”，但并没有放弃“以太”的观点，称为“电磁以太”。这仍然是难以理解的。绪论十九世纪末与二十世纪初，在研究光的发射以及光与物质相作用的各种过程中，发现了许多现象用“经典的电磁波理论”是难以解释的。特别是研究黑体辐射的能量按波长的分布规律与光电效应的实验的时候，发现光是不连续的被发射和被吸

8、收的。光流具有不连续性的结构，也就是说具有粒子的性质，形成了“光的量子理论”。这种理论的基本点就是承认光具有波动性和粒子性（波粒二象性）的性质。量子理论把波粒二象性辩证的统一起来。另外，在研究光的传播速度和参考系的关系时，发现“以太”假设是没有必要的。在此基础上发展了空间的和时间的概念，建立了爱因斯坦的相对论。绪论结论从光学发展历