《光学发展简史》word版

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1、光学发展简史光学是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的学科之一。随着人类对自然的认识不断深入，光学的发展大致经历了萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等5个时期萌芽时期：古代铜镜中国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。人们对于光的直线传播、视觉和颜色、光的反射和镜的利用、对大气光学的探讨、关于成影成像现象的认识。在西方：l克莱门德和托勒密研究了光的折射现象；托勒密l罗马哲学家塞涅卡指出充满水的玻璃泡具有强大功能；从阿拉伯的巴斯拉来到埃及的学者阿尔哈雷认为光线来自所观察的物体，并对球面镜

2、、抛物面镜和人眼构造进行了研究；l14世纪，波特研究了成像暗箱；l从15世纪末到16世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件相继出现。成像暗箱几何光学时期（光学发展史上的转折点）：时期概况：建立了光的反射定律和折射定律，奠定了集合光学的基础，同时为了提高科研能力，人们发明了光学仪器（望远镜和显微镜）；l1608年，荷兰的李普塞发明了第一架望远镜。第一架望远镜l从十五世纪开始一直到十七世纪中叶，开普勒、斯涅耳和笛卡尔、费马经过一系列的研究，推出了光的反射定律和折射定律，基本奠定了几何光学的基础。光的衍射l十七世纪开始，光的直

3、线传播这一基础受到了冲击：意大利人格里马首先观察到了光的衍射现象，接着胡克也观察到了这一现象，并和波意耳独立地研究了薄膜所产生的彩色条纹干涉，光的波动理论从此萌芽。牛顿与色散实验l1672年，牛顿完成了著名的三棱镜色散实验，发现了牛顿圈（但最早观测到牛顿圈的是胡克），并从牛顿圈现象中确定了光是具有周期性的。1704年，牛顿提出了光是微粒流的理论，并以此观点解释光的反射和折射定律，但却难以说明牛顿圈和光的衍射现象。。波动光学时期：杨氏双缝干涉l十七世纪初，托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。l1818年，菲涅耳以杨氏干涉原理补

4、充了惠更斯原理，形成了如今人们熟知的惠更斯-菲涅耳原理，可以圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。法拉第l1846年，法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋转韦伯l1856年，韦伯发现光在真空中的速度等于电流强度的电磁单位与静电单位的比值。他们的发现表明了光学、磁学、电学间一定存在内在关系。1860年前后，麦克斯韦指出光是一种电磁现象，并在1888年被赫兹用实验证实。然而这些理论并不能解释光的色散现象。洛仑兹l1896年，洛仑兹创立电子论，才解释了发光和物质吸收光的现象，也解释了光在物质中传播的各种特点，包括对色散现象的解释，但

5、在对于像炽热的黑体的辐射中能量按波长分布这样重要的问题上，洛仑兹理论还不能给出令人满意的解释。1887年迈克尔逊用干涉仪测“以太风”，得到否定的结果，这表明到了洛伦兹电子论时期，人们对光的本性的认识仍然有不少片面性。l光的电磁论在物理学的发展中起着很重要的作用，它指出了光和电磁现象的一致性并且证明了各种自然现象之间存在这相互联系这一辩证唯物论的基本原理，使人们在认识光的本性方面向前迈进了一大步。在此期间，科学家用多种方法对光速进行了测定。1849年斐索（A.H.L.Fizeau，1819--1896）运用了旋转齿轮的方法及1862年傅科（J

6、.L.Foucault，1819--1868）使用旋转镜法测定了光在各种不同介质中的传播速度。量子光学时期：发展因素：19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光的发生、光和物质相互作用的围观机制中。光的电磁理论主要困难是不能解释光和物质相互作用的某些现象，例如，炽热黑体辐射中能量按波长分布的问题，特别是1887年赫兹发现的光电效应。普朗克（左）与爱因斯坦（右）l1900年，普朗克提出了辐射的量子论他认为各种频率的电磁波，包括光，只能以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光的量子称为光子。l1905年，爱因斯坦运用量子论解释了

7、光电效应，同年九月，他第一次提出了狭义相对论基本原理现代光学时期：20世纪中叶激光问世，光学开始进入了一个新的时期。在一定条件下，如果能使受激辐射继续去激发其他粒子，造成连锁反应，雪崩似地获得放大效果，最后就可得到单色性极强的辐射，即激光。激光器的发展：l1960年，梅曼用红宝石制成第一台可见光的激光器，同年制成氦氖激光器；红外光纤耦合半导体激光器l1962年产生了半导体激光器；l1963年产生了可调谐染料激光器光学的另一个重要的分支是由成像光学、全息术和光学信息处理组成的。这一分支最早可追溯到1873年阿贝提出的显微镜成像理论，和1906

8、年波特为之完成的实验验证；1935年泽尔尼克提出位相反衬观察法，并依此由蔡司工厂制成相衬显微镜，为此他获得了1953年诺贝尔物理学奖；1948年伽柏提出的现代全息照相术的前身——