物理光學(xué)論文之物理光學(xué)發(fā)展史研究

1、物理光學(xué)發(fā)展史研究學(xué)院： 學(xué)號(hào)：姓名：一． 光學(xué)及光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)介光學(xué)既是物理學(xué)中最古老的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，也是當(dāng)前科學(xué)研究中最活躍的前沿陣地，具有強(qiáng)大的生命力和不可估量的前途。光學(xué)的發(fā)展過(guò)程是人類認(rèn)識(shí)客觀世界的進(jìn)程中一個(gè)重要的組成部分，是不斷揭露矛盾和克服矛盾、從不完全和不確切的認(rèn)識(shí)總部走向較完善和較確切認(rèn)識(shí)的過(guò)程。它的不少規(guī)律和理論是直接從歐美和生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的，也有相當(dāng)多的發(fā)現(xiàn)來(lái)自長(zhǎng)期的系統(tǒng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。光學(xué)的發(fā)展為生產(chǎn)技術(shù)提供了許多精

2、密、快速、的衡東的實(shí)驗(yàn)手段和重要的理論依據(jù)；而圣餐技術(shù)的發(fā)展，又反過(guò)來(lái)不斷向光學(xué)提出許多要求解決的新課題，并為進(jìn)一步深入研究光學(xué)準(zhǔn)備了物質(zhì)條件。光學(xué)的發(fā)展大致可劃分為 5 個(gè)時(shí)期：一、萌芽時(shí)期；二、幾何光學(xué)時(shí)期；三、波動(dòng)光學(xué)時(shí)期；四、量子光學(xué)時(shí)期；五、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期。由于古代的光學(xué)知識(shí)基本上處于現(xiàn)象的描述、經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、猜測(cè)性的思辨階段因而沒(méi)有給人以必然性、系統(tǒng)性的真正透徹地思考過(guò)的印象。這個(gè)時(shí)期的光學(xué)知識(shí)主要是以直覺和零散的形式出現(xiàn)的。這

3、個(gè)時(shí)期雖然很漫長(zhǎng)( 大約二千年 ),也有不少文字記載,但要詳細(xì)地劃分具體的階段是不大可能的,也是不必要的。近代光學(xué)的發(fā)展尤為迅速。近代可以劃分為兩個(gè)發(fā)展階段,即幾何光學(xué)階段和波動(dòng)光學(xué)階段。其分界點(diǎn)應(yīng)為托馬斯·楊在 1801 年首先利用光的干涉原理令人滿意地解釋了白光照射下薄膜顏色的由來(lái)與牛頓環(huán)現(xiàn)象,同時(shí)用雙縫實(shí)驗(yàn)顯示了光的干涉現(xiàn)象。現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期可分為量子光學(xué)初創(chuàng)階段和近代光學(xué)階段。這兩個(gè)階段的分界點(diǎn)是肖洛和湯斯等人提出把受激輻

4、射的微波放大器的原理可推廣到光頻段中去。這也幫助了美國(guó)工程師梅曼實(shí)現(xiàn)了他們的預(yù)言制成了世界上第一臺(tái)激光器——紅寶石激光器使光學(xué)發(fā)生了深刻的變化,產(chǎn)生了光電子學(xué)等許多新的學(xué)科。二． 波動(dòng)光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)介19 世紀(jì)初，波動(dòng)光學(xué)初步形成,其中托馬斯·楊圓滿地解釋了“薄膜顏色” 和雙狹縫干涉現(xiàn)象。菲涅耳于 1818 年以楊氏干涉原理補(bǔ)充了惠更斯原理，由此形成了今天為人們所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圓滿地解釋光的干涉和 衍射現(xiàn)象，也能

5、解釋光的直線傳播。1846 年，法拉第發(fā)現(xiàn)了光的振動(dòng)面在磁場(chǎng)中發(fā)生旋轉(zhuǎn)；1856 年，韋伯發(fā)現(xiàn) 光在真空中的速度等于電流強(qiáng)度的電磁單位與靜電單位的比值。他們的發(fā)現(xiàn)表明光學(xué)現(xiàn)象與磁學(xué)、電學(xué)現(xiàn)象間有一定的內(nèi)在關(guān)系。1860 年前后，麥克斯韋的指出，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的改變，不能局限于空間的某一部分，而是以等于電流的電磁單位與靜電單位的比值的速度傳播著，光就是 這樣一種電磁現(xiàn)象。這個(gè)結(jié)論在 1888 年為赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。然而，這樣的理論還不能說(shuō)明能產(chǎn)

6、生像光這樣高的頻率的電振子的性質(zhì)，菲涅耳的論文使評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)的科學(xué)家大吃一驚,他們沒(méi)有想到一位不知名的學(xué)者竟然寫出如此好的文章.當(dāng)時(shí)的著名學(xué)者泊松(S.D.Poisson,1781—1840)卻從菲涅耳的方程得出了一個(gè)菲涅耳未曾考慮過(guò)的結(jié)論:如果這些方程正確地描寫了光的行為,那么把一個(gè)小圓盤放在光束中,在盤后的一定距離上放置屏幕,在屏幕上的圓盤影子中心處,應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)亮斑.從光的粒子說(shuō)來(lái)看,在圓盤中心出現(xiàn)亮斑當(dāng)然是不可思議的事情,也從來(lái)沒(méi)

7、有人看到過(guò)這種“荒謬”的現(xiàn)象.所以泊松興高采烈地宣稱,他已經(jīng)駁倒了菲涅耳的波動(dòng)理論.菲涅耳和阿拉果接受了挑戰(zhàn),他們進(jìn)行了精密的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)非常精彩地證實(shí)了菲涅耳理論的結(jié)論,影子中心果然出現(xiàn)了一個(gè)亮點(diǎn),結(jié)果泊松根據(jù)菲涅耳理論作出的“預(yù)言”被實(shí)驗(yàn)證實(shí)了.這個(gè)預(yù)言轟動(dòng)了法國(guó)科學(xué)院,并且迎來(lái)了波動(dòng)說(shuō)的輝煌勝利.于是菲涅耳就榮獲了這一屆的科學(xué)獎(jiǎng),而后人稱這個(gè)戲劇性亮點(diǎn)為泊松亮點(diǎn).這樣,菲涅耳就將惠更斯的理論和干涉原理結(jié)合起來(lái),牢固建立了波動(dòng)理論基礎(chǔ)

8、,它提供了光的折射、衍射的完整理論,提高了人們對(duì)波動(dòng)說(shuō)的信任度.但是光的波動(dòng)說(shuō)對(duì)于折射或偏振現(xiàn)象是無(wú)能為力的,這一困難后來(lái)也是由菲涅耳解決的.1819 年,菲涅耳和阿拉果一起以精確的實(shí)驗(yàn)確證了兩束相互垂直的偏振光不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,進(jìn)一步肯定了光的橫波性質(zhì).光的橫波形假設(shè)的引入,使菲涅耳得出了一系列其他重要結(jié)論,如偏振面的轉(zhuǎn)動(dòng)理論(1822 年);反射和折射理論(1823 年);雙折射理論.菲涅耳還用多級(jí)菲涅耳透鏡代替拋物線鏡,設(shè)計(jì)了當(dāng)時(shí)

9、最優(yōu)良的燈塔照明系統(tǒng).183 年,哈密頓根據(jù)菲涅耳的雙折射理論得到了光的錐形折射的理論,這是菲涅耳雙折射理論的巨大勝利.研究過(guò)程中,菲涅耳做了很多實(shí)驗(yàn),他的實(shí)驗(yàn)往往具有很強(qiáng)的直觀性和敏銳性,很多現(xiàn)在仍通行的實(shí)驗(yàn)和光學(xué)元件都冠有菲涅耳的姓氏,如雙面鏡干涉、菲涅耳鏡、圓孔衍射等.菲涅耳研究了介質(zhì)運(yùn)動(dòng)對(duì)光的傳播的一些問(wèn)題,提出了運(yùn)動(dòng)物體部分吸引以太的結(jié)論,并得到了菲涅耳曳引系數(shù)，菲索通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn),觀察到的干涉條紋的移動(dòng)與按菲涅耳曳引系數(shù)計(jì)算得