《光学》

 光学是物理学中发展较早的一门学科。主要研究光的本性、光的发射、传播与接收的基本规律，光和其他物质间相互作用所遵循的规律及其应用。     

当代的光物理学与原子分子物理学

 一、前言光物理和原子分子物理是两个既有区别又有密切联系的学科.原子分子是物质组成的一个基本层次.原子分子物理学是研究这一层次的结构、运动状态及与周围环境和外界条件相互作用的科学.光学是研究光的基本性质,光的产生、传输、接收、显示及其与物质相互作用的科学.随着光学的发展和应用领域的日益扩大,比较偏重应用和技术的部分已逐渐脱离物理学而成为独立的科学技术门类.     

我们生活在一碗汤面里吗?——光和电子的统一与起源

光和物质的起源是物理学中一个非常基本的问题,对该问题的探究贯穿了整个物理学的发展史.文章首先从最早的光微粒说和波动理论讲起,详细介绍了为什么光的波动学说可以成功地解释光的折射和干涉现象.然后以光的横波特性为基础,论述了是否存在可以承载光传播的媒介物质.通过对电荷和磁场的研究,人们认识到光是一种电磁波.最后从凝聚态物理学的演生原理出发,作者论述了弦网液体中的弦密度波对应于电磁波,弦的端点对应于电子,进而给出了光和电子起源的统一解释.     

光程与光程差概念在波动光学教学中的应用

 光学是物理学的重要组成部分，波动光学又是光学中更为重要的部分，其内容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等。这部分内容，无论是在理论上还是在应用上，都在物理学中占有重要的地位。正因为此，光学，特别是波动光学，是大学物理专业的主干课程。学生在学习这门课程时，往往感到内容抽象、公式繁杂、不易掌握。究其原因，主要是因为学生在学习这些内容时常常将每个知识点孤立起来学习和应用。实际上，以“光程与光程差”为主线，将波动光学的主要内容--光的干涉、衍射和偏振等贯穿起来进行讲解，具有简洁、直观和逻辑性强的特点，便于学生掌握相关知识、提高学习效率。下面，我们先引入光程、光程差和位相差等概念，然后讨论它们在波动光学教学中的应用，最后指出为什么作为几何光学物理量的光程与光程差可用来描述原本只能用光的“波动说”才能解释的物理现象。     

探索生物大分子活动奥秘的光学手段

将先进的物理学技术，尤其是光学技术应用于分子生物学，进行生物大分子操纵、探测与成像，会给生物学家们带来更强有力的实验武器，文章主要介绍了光钳技术、近场光学技术和视频增强的光学显微术。     

物理学的现代进展

文章阐述了物理学是整个自然科学的基础,是高等理科教育中的重要组成部分,着重说明了20世纪以来物理学在探索物质微观结构基本规律方面所取得的重大突破性进展:一是强子结构理论的确立,另一是电磁相互作用和弱相互作用统一理论的成功.文章内容包括粒子物理学的近代发展,波粒二相性和其运动状态的描述,以及粒子之间的基本相互作用等;此外,文章配合2015国际光年,特别阐述光学是物理学中最早探知微观粒子波粒二相性的部分.     

信息光学概说

 信息就是消息,就是事物的存在和变化的情况.从信息论的观点看来,无论是电学、光学及声学系统,都是用来传递信息的.电学系统传递的是随时间变化的电讯号,而光学系统传递的是随空间变化的图象.我们把有关图象的传递理论与应用技术称为信息光学.信息光学是光学最先开拓的领域之一,它可以追溯到原始光学初期.但获得迅速发展还是最近三十多年的事.50年代中期,无线电通讯理论和技术引进到光学中来,推动了信息光学的发展.     

邮票上的物理学史(77)--生物物理学

生物物理学是生物学和物理学之间的边缘学科,它用物理学的概念和方法研究生物各层次的结构与功能的关系,以及生命活动的物理过程和物理化学过程.它的研究范围很广泛,历史上,像对生物发光(萤火虫)现象的研究,伽凡尼对肌肉的电学性质的研究,托马斯*杨对眼睛的几何光学性质的研究,亥姆霍兹把能量守恒定律应用于生物系统等,都可以归到生物物理学.我们不在这里追溯这些历史,只结合邮票上的资料就20世纪40年代以来的新进展作一简述,以便从中看到物理学和物理学家对生物学发展所起的重要作用.     

受激光发射和强光光学

光学是一門历史悠久的科学,已达到相当成熟的地步,但是最近来由于受激光发射研究的发展,使光学成为最活跃的物理学分支之一。由于它提供了一个全新的工具,有可能由此开拓物理学的新的研究領域,同时为某些重要工程技术开辟了新的前景,这就促使人們对此投入更大的注意。     

基于倏逝场微小粒子驱动技术研究进展

处于倏逝场中的微小粒子会受到辐射压力的作用而朝着倏逝场的传播方向运动,基于此原理的微小粒子驱动技术可用于介质颗粒、胶体颗粒、生物细胞等微小粒子的捕获和驱动.由于倏逝场光学微操作系统不会受到物镜焦深和激光光斑尺寸的限制,因此它比自由空间系统的优越性更强,而波导形成的光学力可以应用于长距离驱动,其仅仅受限于系统的散射和吸收...     

集成光学与光纤陀螺

 物理学的两大分支--电子学与光学近几十年来发生了越来越密切的关连。有人用“正在迅速融合”来形容之。一方面是这两个学科随着科学技术的发展而飞跃发展;另一方面,由于它们之间在理论上有着深远的联系,应用上又是相似相通、相辅相成。     

具有二阶和三阶非线性一维光子晶体中的耦合模孤子

研究同时具有二阶和三阶非线性的一维光子晶体中的耦合孤子动力学.从Maxwell方程出发,利用多重尺度法,导出了光学整流场与两个基频电场包络的非线性耦合模方程组,给出了耦合模方程组的孤子解.结果表明,由于二阶非线性导致的光学整流场对基频电场有调制作用,使得两个基频电场分量可以呈现为亮孤子亮孤子、暗孤子暗孤子及亮孤子-暗孤子对 当两个基频电场的振动频率趋于光子晶体频带的带边频率时,光学整流场消失     

具有二阶和三阶非线性一维光子晶体中的耦合模孤子

研究同时具有二阶和三阶非线性的一维光子晶体中的耦合孤子动力学. 从Maxwell方程出发,利用多重尺度法,导出了光学整流场与两个基频电场包络的非线性耦合模方程组,给出了耦合模方程组的孤子解. 结果表明,由于二阶非线性导致的光学整流场对基频电场有调制作用,使得两个基频电场分量可以呈现为亮孤子-亮孤子、暗孤子-暗孤子及亮孤子-暗孤子对;当两个基频电场的振动频率趋于光子晶体频带的带边频率时,光学整流场消失.     

光的概念与本质

光是人类最早从宇宙感受到的实惠.光学是物理学研究中最古老分支之一.对光的本质认知的最大挑战应该是光是否遵循“熵”增原理.     

基于扭秤法的弱静电场测量

利用弱电场对电荷产生的弱静电力,使扭秤装置产生微小角度的偏转,再利用光学平面镜放大,将微小角度偏转变成水平位移,通过比较法实现了对小于1 V/mm的弱静电场的测量,现象直观,结果可靠.     

集成微光机电系统中的矢量光学问题

集成微光机电(MOEM) 系统是近年来迅速地发展起来的一门新兴的综合学科,它融合了微光学元件、微电子器件和微机械结构的优点.不但在技术上有重要的应用,还蕴涵着与小尺寸器件有关的力学、热学、电学、光学,以及材料科学等丰富的基础科学研究课题.文章探讨了MOEM 系统中典型的微光学元件,如衍射微透镜、折射微透镜和微光栅中的矢量光学问题,简要地介绍了相应的求解方法.     

以太学说的发展和以太内涵的演变

以太是物理学中最古老且最富有争议的一个概念,伴随着经典物理学的发展而发展.以太学说的每一次兴起总是伴随着一些物理学基本问题的提出,而以太学说的衰落也总是伴随着人们对这一基本问题认识的深化和进步.本文论述了以太学说在力学、光学、电磁学等经典物理学领域的发展历史,并阐明随着经典物理学的成熟和现代物理学的建立,以太模型已经被目前主流物理学家眼中更完美的现代物理学理论所放弃,以太存在的土壤也已经消失.     

规范,相位因子和杨-米尔斯场--规范场理论在中国续记

文章是在杨-米尔斯场50周年学术报告会上的报告的精简部分.它和作者发表的一组评述互相补充,目的是引介非亚贝尔规范场和量子不可积相位因子,解说作为20世纪物理学主旋律之一的相位因子的物理意义.     

光的衍射实验的改进及计算机模拟

光的衍射是高中物理光学部分的重要内容, 也是学生理解的难点之一, 对光的衍射实验进行了改进, 并对衍射现象进行了计算机模拟仿真, 从而有助于增加学生学习兴趣, 加深对这部分知识的理解     

轴向多光阱微粒捕获与实时直接观测技术

传统的光镊技术使用单个物镜同时进行光学捕获与显微成像,使得捕获与成像区域被限制在物镜焦平面附近,无法同时观察到沿光轴方向(即Z向)捕获的多个微粒.本文提出一种轴平面(XZ平面)GerchbergSaxton迭代算法来产生沿轴向分布的多光阱阵列,将轴平面成像技术与光镊结合,实现了沿轴向对二氧化硅微球的多光阱同时捕获与实时观测.通过视频分析法测量了多个二氧化硅微球在轴向光镊阵列中的布朗运动,并标定了光阱刚度.本文提出的轴向多光阱微粒捕获与实时观测技术为光学微操纵提供了一个新的观测视角和操纵方法,为生物医学、物理学等相关领域研究提供了一种新的技术手段.