1、现代光学发展和应用现代光学发展和应用报报 告告 人：人：举办单位：举办单位：举办时间：举办时间：联合国联合国宣布宣布20152015年为年为“国际光年国际光年”。联合国教科文组织于联合国教科文组织于20152015年初正式启动年初正式启动“光和光基技术国光和光基技术国际年际年”（国际光年），以提高公众对如何运用光科学、光（国际光年），以提高公众对如何运用光科学、光学和光基技术解决能源、农业等全球性挑战的认识。学和光基技术解决能源、农业等全球性挑战的认识。引言：光电学科与诺贝尔奖引言：光电学科与诺贝尔奖n 20092009年年1010月月6 6日，瑞典皇家科学院宣布，将日，瑞典皇家科学院宣布，将
2、20092009年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家理学奖授予英国华裔科学家高锟高锟以及美国科学家以及美国科学家威拉德威拉德博博伊尔伊尔和和乔治乔治史密斯史密斯。高锟：高锟：“光纤之父光纤之父”，香港中，香港中文大学第文大学第3 3任校长，在任校长，在光纤通讯光纤通讯领域取得了突破性成就领域取得了突破性成就 威拉德威拉德博伊尔和乔治博伊尔和乔治史密斯史密斯:电荷耦合器件电荷耦合器件（CCDCCD）图像传感）图像传感器器的发明者。的发明者。光通信光通信光传感光传感n 20142014年年1010月月7 7日，瑞典皇家科学院宣布，将日，瑞典皇家科学院宣布，将20142014年诺贝尔年诺贝尔
3、物物理学奖理学奖授予日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中授予日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二，以表彰他们村修二，以表彰他们发明蓝色发光二极管（发明蓝色发光二极管（LEDLED），），并因此并因此带来新型的节能光源。带来新型的节能光源。利用蓝光二极管可通过激发荧光粉产生白光。白光利用蓝光二极管可通过激发荧光粉产生白光。白光LEDLED可显著可显著延长灯的寿命，且节能环保，是照明领域的一场革命。延长灯的寿命，且节能环保，是照明领域的一场革命。引言：光电学科与诺贝尔奖引言：光电学科与诺贝尔奖光照明光照明引言：光电学科与诺贝尔奖引言：光电学科与诺贝尔奖v 众多光领域的科学家成为诺
4、贝尔奖获得者。众多光领域的科学家成为诺贝尔奖获得者。普普朗朗克克居居里里洛洛伦伦兹兹爱爱因因斯斯坦坦郎郎之之万万德德拜拜布喇格布喇格狄拉克狄拉克 康普顿康普顿 德布罗意德布罗意玻恩玻恩玻尔玻尔薛定谔薛定谔 泡利泡利海森伯海森伯工业时代工业时代信息时代信息时代信息科学信息科学信息技术信息技术2020世纪：电子学和电子技术世纪：电子学和电子技术2121世纪：世纪：光子学和光子技术光子学和光子技术 光子信息技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的光子信息技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命，其主导的信息产业将成为革命，其主导的信息产业将成为2121世纪最大产业；世纪最大产业；引言：光
5、信息技术推动人类迈向信息时代引言：光信息技术推动人类迈向信息时代美国商务部指出：美国商务部指出：“谁在光电产业方面取得主动权，谁就将在谁在光电产业方面取得主动权，谁就将在2121世纪尖世纪尖端科技较量中夺魁端科技较量中夺魁”。5万亿规模万亿规模10%年增长率年增长率21世纪最大产业世纪最大产业光电产业光电产业光电照明光电照明光电通信光电通信光电显示光电显示太阳能光伏太阳能光伏1.1.光是什么？光是什么？n 光是一种电磁波，它携带能量和信息，具有波粒二象性。光是一种电磁波，它携带能量和信息，具有波粒二象性。2.2.光传播特点？光传播特点？（1 1）光的直线传播光的直线传播月球挡住了太阳光，影子恰
6、好落到地球上。月球挡住了太阳光，影子恰好落到地球上。2.2.光传播特点？光传播特点？（2 2）光的反射光的反射哈哈镜反射成像失真哈哈镜反射成像失真2.2.光传播特点？光传播特点？（3 3）光的折射光的折射光光的的折折射射2.2.光传播特点？光传播特点？（4 4）光的干涉光的干涉两束相干光叠加引起光强度重新分布，形成明暗相间的条纹。两束相干光叠加引起光强度重新分布，形成明暗相间的条纹。干涉现象干涉现象2.2.光传播特点？光传播特点？（5 5）光的衍射光的衍射当光遇到障碍物，光线偏离直线传播的现象。当光遇到障碍物，光线偏离直线传播的现象。透过丝巾的光透过丝巾的光望远镜看星星望远镜看星星佛光佛光2.
7、2.光传播特点？光传播特点？（6 6）光的偏振光的偏振光是横波，垂直于传播方向平面内的各种振动状态称为光的偏振态。光是横波，垂直于传播方向平面内的各种振动状态称为光的偏振态。2.2.光传播特点？光传播特点？（7 7）光的吸收光的吸收光吸收：光的能量被其他物体所吸收的过程。光吸收：光的能量被其他物体所吸收的过程。变色太阳镜：在室外时镜片吸收紫外线后颜色变深；当回到暗处时变色太阳镜：在室外时镜片吸收紫外线后颜色变深；当回到暗处时发生逆反应，又恢复到完全透明的状态，能方便地在室内室外状态发生逆反应，又恢复到完全透明的状态，能方便地在室内室外状态间转换。间转换。2.2.光传播特点？光传播特点？（8 8
8、）光的色散光的色散光在介质中的传播速度随波长变化的现象光在介质中的传播速度随波长变化的现象。2.2.光传播特点？光传播特点？（9 9）光的散射光的散射媒质的不均匀使一些光线朝四面八方射出的现象。媒质的不均匀使一些光线朝四面八方射出的现象。2.2.光传播特点？光传播特点？（1010）光的量子性光的量子性爱因斯坦提出：光辐射的能量是爱因斯坦提出：光辐射的能量是“量子化量子化”的，一份能量的，一份能量的最小单元，称为的最小单元，称为“光量子光量子”，简称，简称“光子光子”。光子在空间中位置不确定光子在空间中位置不确定光子空间运动轨迹不确定光子空间运动轨迹不确定ABAB之间存在之间存在“幽灵般幽灵般”
9、的超距作用！的超距作用！光的量子性光的量子性2.2.光传播特点？光传播特点？（1111）光的速度光的速度3.3.光的应用？光的应用？（1 1）光通讯光通讯 光纤通讯光纤通讯 光量子通讯光量子通讯光纤通信光纤通信构成信息高速公路的神经元！构成信息高速公路的神经元！光纤通信光纤通信构成信息高速公路的神经元！构成信息高速公路的神经元！3.3.光的应用？光的应用？（2 2）光照明光照明LEDLED即发光二极管即发光二极管:具有具有效率高、寿命长、不易破损、反应速度快、可效率高、寿命长、不易破损、反应速度快、可靠性高靠性高等传统光源不及的优点。等传统光源不及的优点。18011801年，英国的年，英国的H
10、umphrey DavyHumphrey Davy发明了电弧灯，电灯先驱。发明了电弧灯，电灯先驱。18571857年，法国的年，法国的A.E.Becquerel A.E.Becquerel 提出了荧光照明的理论。提出了荧光照明的理论。18791879年，爱迪生、白炽灯，历史上第一只真正的电灯。年，爱迪生、白炽灯，历史上第一只真正的电灯。19271927年，年，Hans SpannerHans Spanner申请了第一盏日光灯的专利。申请了第一盏日光灯的专利。19931993年，中村修二制作了第一颗蓝光年，中村修二制作了第一颗蓝光LEDLED，开启了人类半导体照明史。，开启了人类半导体照明史。全
11、球光照明全球光照明发达国家照明用电占总发电量的发达国家照明用电占总发电量的20%20%；发展中国家占；发展中国家占10-1510-15；欠；欠发达国家一般在发达国家一般在5%5%。我国照明用电占总发电量的。我国照明用电占总发电量的1212左右。左右。光电照明光电照明造就了北京奥运会开幕式的唯美大气！造就了北京奥运会开幕式的唯美大气！千人击缶千人击缶奥运画卷奥运画卷夜空中的奥运五环夜空中的奥运五环和平鸽和平鸽3.3.光的应用？光的应用？（3 3）光显示光显示 液晶显示：利用液晶的双折射性质实现显示。已成为显示液晶显示：利用液晶的双折射性质实现显示。已成为显示主流技术。主流技术。激光显示：利用激光
12、作为光源，显示色彩鲜明，亮度高，激光显示：利用激光作为光源，显示色彩鲜明，亮度高，光源寿命长，容易实现大屏幕显示光源寿命长，容易实现大屏幕显示水立方水立方滚动屏幕滚动屏幕光电显示光电显示展现了独特魅力！展现了独特魅力！环形屏幕环形屏幕转播屏幕转播屏幕 柔性显示柔性显示（有机发光）（有机发光）头戴式显示头戴式显示（虚拟现实）（虚拟现实）投影影像显示投影影像显示（三维投影）（三维投影）新型光显示技术新型光显示技术谷歌投资的谷歌投资的Magic Leap Magic Leap 裸眼裸眼3D3D显示显示谷歌投资的谷歌投资的Magic Leap Magic Leap 裸眼裸眼3D3D显示显示3.3.光的
13、应用？光的应用？（4 4）激光加工激光加工激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，引起材料的变化，目前是激光应用最为广泛的的能量密度，引起材料的变化，目前是激光应用最为广泛的领域。领域。3D3D激光打印激光打印激光！激光！3.3.光的应用？光的应用？（5 5）利用光寻找新能源利用光寻找新能源核聚变核聚变氢弹、太阳氢弹、太阳能量巨大能量巨大条件苛刻条件苛刻高温，高温，高压高压能量释放能量释放太猛列太猛列如何诱发如何诱发?怎么控制？怎么控制？用激光照射核燃料使之发生核聚变反应用激光照射核燃料使之发生核聚变反应 可控聚变能电
14、站可控聚变能电站 氘大量存在于海水的重水之中氘大量存在于海水的重水之中 提供提供50005000万年之久的能源！万年之久的能源！太阳能光伏太阳能光伏新能源的卓越新能源的卓越代表！代表！3.3.光的应用？光的应用？（6 6）光在航空航天领域的应用光在航空航天领域的应用需要研制大孔径的观察需要研制大孔径的观察相机相机空间对地观察空间对地观察我国空间对地观测的能我国空间对地观测的能力还很落后力还很落后卫星观察下的长沙卫星观察下的长沙学院教学楼学院教学楼摘自Google Earth0303年伊拉克战争前，年伊拉克战争前，美国的对地观测能观美国的对地观测能观察到巴格达街头摊位察到巴格达街头摊位上的苹果上
15、的苹果 空间激光通讯空间激光通讯用激光束作为信息载体进行空间用激光束作为信息载体进行空间通信通信。激光激光 VS VS 微波微波频带宽频带宽高度相干性高度相干性空间定向性空间定向性 优势优势通信容量大通信容量大保密性高保密性高功耗小功耗小体积小，重量轻体积小，重量轻 大型望远镜大型望远镜v 太空光学望远镜太空光学望远镜哈勃望远镜哈勃望远镜 2.4m2.4m口径口径可见光观测可见光观测分辨率：分辨率：0.10.1角秒角秒韦伯望远镜韦伯望远镜 分辨率：分辨率：0.10.1角秒角秒6.5m6.5m口径口径红外观测红外观测2018年年哈勃哈勃韦伯韦伯v 地基光学望远镜地基光学望远镜凯克凯克望远镜望远镜 10m10m口径口径分辨率：分辨率：0.10.1角秒角秒欧洲极大望远镜欧洲极大望远镜39.3m39.3m口径口径分辨率：分辨率：0.010.01角秒角秒2024年年大型望远镜大型望远镜FASTFAST球面射电望远镜（中国贵州）球面射电望远镜（中国贵州）阿雷西博射电望远镜阿雷西博射电望远镜波多黎各波多黎各300m500mv 射电望远镜射电望远镜大型望远镜大型望远镜3.3.光的应用？光的应用？（7 7）光在军事领域的应用光在军事领域的应用
