浅谈光学的发展和对光的本性的认识

编号2013120130 研究类型基础研究分类号O43学士学位论文（设计）

Bachelor’s Thesis

论文题目浅谈光学的发展和人类对光的本性的认识作者姓名贺晓金

学号2009112010130

所在院系物理与电子科学学院

学科专业名称物理学

导师及职称黄燕霞教授

论文答辩时间2013年5月12日

目录

1.前言 (1)

2.发展时期 (1)

2.1萌芽时期(公元前5世纪—16世纪初） (1)

2.1.1关于光学的最早记录 (1)

2.1.2萌芽时期关于光学的主要成果 (2)

2.2几何光学时期(16世纪—18世纪初） (2)

2.2.1几何光学时期关于光学的主要成果 (2)

2.2.2微粒说统治地位的取得 (3)

2.3波动光学时期(19世纪末—19世纪初) (4)

2.3.1波动说的重新崛起 (4)

2.3.2光的电磁波理论的建立 (7)

2.4量子光学时期（20世纪初—20世纪中叶） (8)

2.4.1光波粒二象性理论的建立 (8)

2.4.2物质波的提出与验证 (9)

2.4.3量子光学时期光学技术的成就 (11)

2.5现代光学时期（20世纪中叶—） (11)

2.5.1现代光学时期光学技术的成就 (12)

2.5.2现代光学时期与光学有关的分支学科 (12)

3.光学的发展前景及应用 (13)

4.余论 (14)

5.参考文献 (15)

浅谈光学的发展和人类对光的本性的认识

贺晓金（指导老师：黄燕霞教授）

（湖北师范学院物理与电子科学学院中国黄石435002）

摘要：光学是物理学中的一门重要的分支学科，它具有非常渊源的历史。本文主要介绍光学发展的五大时期，即：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，还对光学的发展前景进行了展望。本文重点介绍了人类关于光的本性的认识。

关键词：光的本性；激光；发展前景

中图分类号：O43

Introduction to the Development of Optical and Human's Understanding of

the Nature of Light

He Xiaojin (Tutor:Huang Yanxia)

（College of physical and electronic science，Hubei Normal University，Huangshi，Hubei，

435002）

Abstract:Optical is an important branch of physics, it has an original history. This paper mainly introduces five period of the development of the optical: sprout period,

period of geometrical optics and wave optics, quantum optics, modern optics；and

the article looks ahead the prospect of optical. This article focuses on the

exploration of the nature of the light.

Keywords: the nature of the light; laser; the prospects for the development

浅谈光学的发展和人类对光的本性的认识

贺晓金（指导老师，黄燕霞教授）

（湖北师范学院物理与电子科学学院中国黄石435002）

1.前言

光学是一门研究光(电磁波)的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。光学是物理学中最古老的一门基础学科，传统内容十分丰富，如光的产生、传播、本性等等;光学又是当今科学领域中最活跃的前沿阵地之一，激光的问世使得光学焕发青春，如光子学、信息光学、光通信等等。光学的发展是一个漫长曲折的历史过程，主要经历了萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等五大历史时期。光学不断地发展，人类对光的现象研究得越深人，光所表现出的规律性就越明显，从而使得人们对这些规律背后的光的本性就越感兴趣。一代又一代的物理学家进行了坚持不懈的努力，为光的本性的探究作出了卓越的贡献。

2.发展时期

2.1萌芽时期(公元前5世纪—16世纪初）

2.1.1关于光学的最早记录

光学的起源和力学、热学一样，可以追溯到两三千年以前。我国春秋战国时期，墨翟及其弟子所著的《墨经》中，就记载着光的直线传播和光在镜面上的反射等现象，并提出了一系列经验规律，把物和像的规律及其大小与所用镜面的曲率联系起来。无论就时间还是科学性来说，《墨经》称得上是有关光学知识的最早记录。经过一百多年之后，在希腊数学家欧几里德所著的《光学》一书中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角的反射定律，但他却同时提出了将光当做类似触须的投射学说。

2.1.2萌芽时期关于光学的主要成果

从墨翟开始的两千多年的漫长岁月构成了光学发展的萌芽时期，在此期间光学的发展比较缓慢。除了对光的直线传播、反射和折射等现象和实验外。在生产和生活需要的推动下，在光的反射和透镜的应用方面,逐渐有了些成果。克莱门德和托勒密研究了光的折射现象，最早测定了光通过两种介质分界面时的入射角和折射角。罗马哲学家塞涅卡指出充满水的玻璃泡具有放大功能。从阿拉伯的巴斯拉来到埃及的学者阿尔哈曾反对欧几里德和托勒密关于眼睛发出光线才能看到物体的学说，认为光线来自所观察的物体，并且光是以球面形式从光源发出的；反射线与入射线共面且入射面垂直于界面。他研究了球面镜和抛物面镜，并详细描述了人眼的构造；他首先发明了凸透镜，并对凸透镜进行了实验研究，所得的结果接近于近代关于凸透镜的理论。公元11世纪，我国宋代的沈括在《梦溪笔谈》中记载了极为丰富的几何光学知识。他不仅总结了前人研究的成果，并且在凹面镜、凸面镜的成像规律、测定凹面镜焦点的原理以及虹的成因等方面都有创造性的阐述。培根提出用透镜矫正视力和采用透镜组构成望远镜的可能性，并描述了透镜焦点的位置。阿玛蒂发明了眼镜。波特研究了成像暗箱，并在1589年的论文《自然的魔法》中讨论了复合面镜以及凸透镜和凸透镜的组合。综上所述，到15世纪末和16世纪初，凹面镜凸透镜透镜眼镜以及暗箱和幻灯等光学元件已相继出现[1]。

这一时期光学的发展比较缓慢，人们对过光学的认识还只是停留在对事物的感知上面，并没有形成合理的物理理论。

2.2几何光学时期(16世纪—18世纪初）

这一时期是光学发展的重要的转折点，人们发现了光学的一些基本理论。在这一时期形成了光的反射定律和折射定律，使光学成为一门独立的学科，为以后光学的发展奠定了基础。同时为了提高人们的观察能力，科学家们发明了一系列的光学仪器，如发明的望远镜促进了天文学和航海事业的发展，发明的显微镜促进了生物学的发展。在这一时期物理学家也开始对光的本性进行了探究。

2.2.1几何光学时期关于光学的主要成果

荷兰的李普塞在1608年发明了第一架望远镜。17世纪初延森和冯特纳最早制作了复合显微镜。1610年伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了绕木星运