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光学知多少?

导读: 光学是一门古老的科学,其起源可以追溯到3000年以前,我国的春秋战国时代的《墨经》中已记载了投影小孔成像等光学现象。

  

        光学是一门古老的科学,其起源可以追溯到3000年以前,我国的春秋战国时代的《墨经》中已记载了投影小孔成像等光学现象。古希腊学者欧几里德的《反射光学》一书,研究了光的直线传播原理和光的反射定律。事实上,人们对光现象的认识最初就是从光的传输方向等几何量的变化开始的。几百年来,经过伽利略、牛顿、惠更斯、菲涅耳、夫琅和费、麦克斯韦、爱因斯坦等伟大先驱们持续的努力,光学已发展成为物理学中一门极为重要的基础学科,它运用严格的数学理论和方法,发展和形成了一套完整的理论体系及一套与理论相配合的实验方法。

  光学是研究光波传播规律的科学。研究光是怎样从几百万年以远的银河外星系传播到地球上;研究光在显微镜中通过聚光镜照亮标本,再通过物镜成像,经过目镜放大,最后通过眼睛的晶状体投影到视网膜上的全过程;研究遥远的村庄、湖泊通过沙漠上空的灼热大气的折射,形成海市蜃楼的奇观……

  光学又是研究光波与物质相互作用的科学。研究在太阳照射下植物的光合作用;研究照射到照相底片上的光波引起感光乳胶的变化;研究光波照射半导体的PN结产生的光电流;研究光辐射如何影响癌细胞的繁衍… 特

  光学从诞生之日起,就是一门"仪器化"的科学。在它数百年发展的历程中,逐渐形成了一系列很有特色的实验装置和测试设备-光学仪器。从放大镜、眼镜到有几百万个光学镜片和复杂的电气、机械系统的大型天象仪、大型天文望远镜;从照相机、放大机、复印机到经纬仪、潜望镜、测距仪,光学仪器普遍用于人们生活、工作的各个领域。对光学仪器的研究构成了光学学科的一个分支。

  经典光学主要分为两部分:几何光学和波动光学。经过几百年漫长的道路,这两部分都已发展接近成熟。利用几何光学和波动光学非常成功地解释了大部分的光学现象和光学效应。但在二十世纪中叶,光学作为物理学的一个分支,发生了深刻的变化。

  1. 1948年,全息术的诞生,物理学家第一次精确地拍摄下一张立体的物体像,它几乎记录了光波所携带的全部信息(这正是“全息”名称的来历)!

  2. 1955年,科学家第一次提出“光学传递函数”的新概念,并用它来评价光学镜头的质量。

  3. 1960年,一种全新的光源-激光器诞生了,它的出现极大地推动了相关学科的发展。

  由于激光器的应用,全息术获得了新的生命。全息术和光学传递函数的概念结合,使光学研究不再限于用光强、振幅的空间分布来描述光学图像,而把图像看作是由缓慢变化的背景、粗的轮廓等比较低的"空间频率"成分和急剧变化的细节等比较高的"空间频率"成分构成的,用频率的分布和变化来描述光学图像。一门新的学科-信息光学(付里叶光学)从传统的经典波动光学中脱颖而出

  信息光学又称傅立叶光学。

  傅立叶变换光学的主要内容:

  1、衍射系统的屏函数

  2、夫琅和费衍射的傅立叶频谱分析

  3、阿贝成像原理

  变换光学

  处理光的衍射和干涉问题,最基本的方法是研究光的相干叠加。这是传统光学的一般方法。可以从另外一个角度分析这类问题。入射波场,遇到障碍物之后,波场中各种物理量重新分布。衍射障碍物将简单的入射场变换成了复杂的衍射场。所以可以从障碍物对波场的变换作用,来分析衍射。从更广义的角度,不仅仅是相干波场的障碍物,非相干系统中的一切使波场或者波面产生改变的因素,它们的作用都可以应用变换的方法处理。

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