浅谈光学的发展和对光的本性的认识
关于光的本性的争论
关于光的本性的争论关于光的本性的探索可追溯到古希腊时代，毕达哥拉斯学派和原子论派认为光是物体所发出的粒子，亚里士多德则认为光是透明介质中的运动和变化，这些都可认为是微粒说和波动说的萌芽。
近代微粒说由笛卡儿首先提出的，他认为光由大量的微小弹性粒子所组成，并用此假说解释了光的反射和折射。
意大利物理学家格里马第（Francesco Maria Grirnaldi，1618～1663）首先从实验上观察到光的衍射现象，这是光的波动学说的佐证。
牛顿的分光实验以及牛顿环的发现使他意识到，光本质上是运动的微粒，他不能正确地解释由他自己做出的伟大发现。
与牛顿同时代的胡克和惠更斯主张光是一种波动，由此展开了近两个世纪的光的本性之争。
1、牛顿倡导的光的微粒说在自然界里，光是人们日常生活中最熟悉的一种现象，光能使世界上一切物体呈现出它们的形状和颜色我们赖以生存的氧气和食物的产生，也是以植物的光合作用为基础的。
总之，人类的生活离不开光。
多少世纪以来，科学家们为探索光的本性作了大量的实验，提出了许多理论，但是至今还没有能得出最终的、根本性的回答。
究竟光是什么？即关于光的本性这个问题的认识，在不同的历史发展阶段，是不断变化着的，甚至在同一历史时期，也存在两种截然相反的观点。
十七世纪，为了解释这些基本规律，形成了两大学派：一派是以牛顿为代表的“微粒说”，另一派是由胡克、惠更斯为代表所倡议的“波动说”。
1664―1668年，牛顿独立地对色和色散进行了实验研究，1669―1671年间，在剑桥大学授课时阐述了他的研究结果：他让太阳光通过一块三角棱镜，经棱镜射出的光束是一条按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫顺序排列的彩色光带。
这种光带就称为“光谱”。
白光就是由这几种光混合而成的。
为了解释这些光学现象，牛顿提出了光的微粒说；他认为：光是由弹性微粒流组成，由光源发出，以高速作直线运动。
牛顿以此为论据，阐明了光沿直线传播的性质及反射定律，也解释了光的折射现象。
浅谈光学的发展与应用
浅谈光学的发展与应用作者：张冲来源：《科学与财富》2017年第12期摘要：光学是物理学中最古老的一个基础学科，又是当今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，光学已经具有非常悠久的历史。
光学研究已经深入到人们的生活当中，本文主要阐述了光学的发展历史，以及在通讯、医学和军事领域中的应用。
关键词：光学；发展；应用前言：光学即使物理学中最古老的一个基础学科，又是当今科学研究中最活跃的前沿阵地，具有强大的生命力和不可估量的前途。
光学的发展过程是人类认识客观世界进程的一个重要组成部分，它的很多规律和理论都是从生产实践中总结出来的。
因此，光学的发展对生产实践和科学实验提供了重要的理论依据，从而促进了光学在各个领域的应用。
一、光学的发展简史（一）萌芽时期中国古代对光的认识是和生产、生活实践密不可分的，它的气源的是火的出现和光源的利用，根据历史记载，中国古代对光的认识大多集中在光的直线传播、光的反射、成像等多个理论方面。
并且人们已经逐渐的发现其中的原理，像早在春秋战国时期《墨经》就记载了小孔成像实验，这是对光的直线传播的认识；镜子出现就是利用光的反射原理；以及海市蜃楼的现象就是大气光学原理的体现。
（二）几何光学时期这一时期可以成为光学发展史上的转折点，以内在这个时间建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几个光学的基础。
同时为了提高人眼的观察能力，在这个时期人们发明了光学仪器，人类第一架望远镜的诞生很好出尽了天文学和航海事业的发展，同样显微镜也为生物学的发展做出了巨大贡献。
相继光的干涉、衍射、偏振现象也被发现，从而使光学历史朝着播放光学时期发展[1]。
（三）波动光学时期19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯-杨圆满解释了薄膜颜色和双侠缝干涉现象。
菲涅尔在1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，便形成了人们所熟知的惠更斯-菲涅尔原理，从而在光的本性方面人们的认识更进一步。
（四）量子光学时期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微观机制中。
对光本性的认识
对光本性的认识摘要本文从人们对光的本性的认识为核心进行展开的，首先对历史上争辩已久的光的关于光的本性的两种学说—波动说和微粒说进行了研究和探讨，在此基础上，重点介绍了光的波粒二象性。
关键词本性；学说；波动性；粒子性0 引言光学是物理学中较古老的一门基础学科，又是当前物理学领域最活跃的前沿之一然而光学也是经过一场场磨难和斗争才发展起来的，其历史被当作自然科学发展史的典范，对光本性认识的争论是光学发展主要动力之一光的本性是什么对这个问题人们自古就有不同的认识，形成了一场关于光的本性的激烈的争论，即微粒说和波动说之争。
1 光本性的两种学说之争关于光本性的两种学说—微粒说合波动说。
其中微粒说的代表人物是牛顿，而波动说则以胡克和惠更斯为代表，牛顿在向皇家学会提交的一封信中，首次提出了自己对光的物质见解，指出“光线可能是球形的物体” 即光的微粒说，牛顿认为：光是发光体所射出的一群微小粒子，它们一个接着一个地迅速发射出来，以直线进行，人们感觉不到相继两个之间的时间间隔。
并用这种观点解释了光的直线传播，光的反射和折射。
牛顿的论点遭到胡克等人反对并引起争论。
胡克主张光是一种振动，而且是短促的。
他举出金刚石受摩擦或打击时在暗中会发光来说明他的论点，同时认为在均匀媒质中，振动在各个方向以相等的速度因此发光体的每次振动都将形成一个球面，球面在不断扩大，就像石块落水激起的环波越来越大一样。
这就是较早提出的光的波动性的概念。
惠更斯则在其基础上没有能继续研究下去，即没有从理论上弄清楚振荡电流作为振源，是怎样把电磁振荡传播出去的这样。
惠更斯提出类似于空气中的声波，以太波也是纵波。
注意：这里惠更斯作了错误的类比，实际上光波是横波。
正由于被认为是纵波，所以对“偏振”现象就无法解释了，加上“以太”是否存在还是一个疑问，而且初期的波动说还缺乏数学基础，所以难以与微粒所抗衡。
开尔文又错过了发现电磁波的契机开尔文曾两次走到电磁理论的大门，但都因其少年早慧带来的弱点徘徊而去，错失发现电磁理论的良机，使其与电磁理论的发现者这一称号无缘。
光学的发展详解
光学一、光学的科学体系二、对光学现象的发现与认识三、对光本性的认识光学的科学体系一、光学的科学体系光学：研究光的传播、和物质相互作用的学科。
光学研究光的传播和物质相互作用的学科•1、几何光学:几光基于“光线”的概念讨论光的传播规律。
•2、波动光学：研究光的波动性（干涉、衍射、偏振）的学科。
•3、量子光学：研究光与物质的相互作用问题。
•4、现代光学：20世纪后期发展起来的体系。
几何光学1、几何光学•从理论上说，几何光学三个基本定律从理论上说几何光学三个基本定律（直线传播，折射、反射定律）只是光波衍（直线传播折射反射定律）只是光波衍射规律的短波近似。
射规律的短波近似•方法上是几何的，物理上不涉及光的本质。
•从直线传播，折射、反射定律等实验定律出发，讨论成像等特殊类型的传播问题。
2、波动光学波动光学•研究光的波动性（干涉、衍射、偏振）。
基本问题在各种条件下的传播问题•基本问题：在各种条件下的传播问题。
•基本原理：惠更斯-菲涅耳原理。
•波前：原为等相面，现泛指波场中的任一曲面，更多的是指一个平面。
•主线：描述、识别、分解、改造、记录和再现波前量子光学3、量子光学•在原子(分子)的尺度上研究光与物质的相互作用的问题。
作用的问题•有时可用经典理论，有时需用量子理论。
对于这类原不属于传统光学的内容，有人称之为“分子光学”或“量子光学”，也有人把它们仍归于物理光学之内。
近代光学4、近代光学•1948年全息术的提出，1955年光学传递函年全息术的提年学传数年光其数的建立，1960年激光的诞生为其发展中的三件大事。
薄膜光学的建立源于薄膜技术的发展•薄膜光学的建立，源于薄膜技术的发展；•傅立叶光学的建立源于数学、通讯理论和光的衍射的结合；集成光学空间光学等等也•集成光学、非线性光学、空间光学等等也都属于近代光学的范畴二、对光学现象的发现与认识对光的早期认识•1、对光的早期认识公元前5世纪：考虑视觉是如何产生的。
提出两种假设：触觉论、发射论。
光本性认识的发展-激光学基础
激光学基础—光本性认识的发展06061123 徐鹏摘要：光是充斥在人类生活之间的物质，据资料统计，人类感官摄取信息中，有80%来自于视觉，也就是光。
对于光的认识，也经历了漫长曲折的时间，这是当今激光学基础。
本文通过介绍牛顿、惠更斯、托马斯杨、麦克斯韦、爱因斯坦等人对光认识作出的结论和贡献，阐述光的波粒二象性发现的过程及其影响。
关键词：光，粒子性，波动性，波粒二象性光学是一门最古老的物理学分支之一．光学是研究光的本性以及光在媒质中传播时各种性质的学科。
光的本性问题一直是人们十分关心和热衷探讨的问题．17世纪以来，随着科学技术的发展，这种争论达到了空前激烈的地步，也就是物理学史上著名的微粒说与波动说之争．1、粒子说１７世纪的科学巨匠牛顿，也是光学大师。
关于光的本性，牛顿是这样认为的：光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子流，发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流，一旦这些光粒子进入人的眼睛，冲击视网膜，就引起了视觉，这就是光的微粒说。
(1)实验基础：光的直线传播。
(2)能解释的现象：光的微粒说能较好地简明直观地解释光的直线传播和光的反射定律以及影的形成和光的色散现象。
由于微粒说通俗易懂，又能解释常见的一些光学现象，所以很快获得了人们的承认和支持。
但是，微粒说也遇到了不小的困难，微粒说的困难：①解释光的折射定律比较麻烦，根据牛顿的推算，光在介质中速度要比光在真空中速度要大。
②不能解释光的独立传播定律：如几束光相遇后会彼此毫无妨碍地继续向前传播。
光的独立传播与光的机械微粒流概念是不相容的，它成为微粒说的致命弱点。
③在介质表面同时存在的反射及折射现象：牛顿认为光的反射是由于光微粒受到介质的排斥所致，折射是微粒受到介质的吸引所致，那么一束光射到介质表面时，既有反射又有折射，为什么介质对光微粒“有亲有疏”呢？④光的衍射现象更难用微粒说解释。
２、波动说这个学说的代表人物是与牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯．他根据光与机械波有类似特征，提出光是以光源为振源的某种振动，光是在一种特殊的弹性物质“以太”中传播的弹性机械波．(1)实验基础：光的独立传播规律。
人类对光本性的认识
人类对光本性的认识摘要：光给我们带来了五彩世界的美丽，“光的本性是什么？”一直以来人们对此曾有过各种猜测和争论。
从人们最初认为的光是一种“很小的微粒”，到光是一种电磁波，最后到人们对光的认识既具有粒子性又具有波动性，经历了几个世纪的争论。
本文将重温历史上那些物理学家的经典实验，结合理论公式推导，带你走进“光的世界”！关键词：光的粒子性、光的波动性、波粒二象性1、前言：光到底是什么？17世纪，牛顿认为光是一股微粒流，沿直线传播，由此形成了几何光学，他以光的折射、反射定律为基础，研究光的直线传播和成像的规律。
由于当时的实验条件和牛顿的威信，人们普遍接承认“光的微粒学说”。
可是到了19世纪初人们观测到了许多光的干涉、衍射、和偏振现象，这些事实不禁让人们对光产生了新的认识……2、第一部分：光的波动性1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地实现了光的干涉实验，首次有力地证明了光是一种波动。
下面介绍一下这个有名的杨氏双缝干涉实验。
实验装置如图所示：为什么我们会观察到屏上的干涉条纹？下面我对屏上的条纹位置作定量分析：S为线光源，其后是一个遮光屏，其上有两条与S平行的狭缝S1、S2，且与S等距离，因此S1、S2是相干光源，且相位相同；S1、S2之间的距离是d ，到屏的距离是D。
P为屏上任意一点，P到S1、S2的距离分别为r1、r2，在屏上取坐标轴O x，向上为正，坐标原点位于关于双缝的对称中心。
P到屏中心O点的距离为x，在D>>d、x，则从S1和S2发出的相干光到达P点的光程差为δ=r2+r1由图可见r12 =D2+(x−d2)2 ,r22 =D2+(x+d2)2两式相减，得r22−r12=2dx由于D>>d、x，所以r2+r1≈2D,由此得δ=dxD故当光程差为半波长的偶数倍时，相位差就是π的偶数倍，两束光相干加强，P点为明纹；而当光程差为半波长的奇数倍时，相位差就为π的奇数倍，两束光相干减弱，P点为暗纹。
人类对光的本性的认识
光--17 世纪） 17世 纪的 微粒 说和 波动 说 19世纪 初波动 说理论 的完善 与发展 19世 纪下 半叶 光的 电磁 说 20世纪 初光的 量子说 （光子 说） 光的 波粒 二象 性
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启示
1、科学理论的建立有一个曲折过程
介质表面同时存在的反射及折射现象微粒说遇到困难
光的衍射现象更难用微粒说解释。
2、波动说：惠更斯提出的学说 ①内容：光是某种振动在介质中的传播，即光是某种波。 ②主要代表人物：惠更斯。 ③实验基础：光的独立传播规律。 ④能解释的现象：光的反射、
折射 光的独立传播规律
⑤波动说的困难：理论粗糙 对波动过程基本特征（空间、时间的双重周期性）缺乏 足够明确的表述 未能意识到波长短 不能解释：光的衍射、光的直线传播
5、光的波粒二象性 （1）内容：光即具有粒子性，又具有波动性，故 称光具有波粒二象性。 （2）实验基础：。 光干涉现象、衍射现象证明了光具有波动性；光电效应说明 光具有粒子性。因此光既具有波动性，又具有粒子性，无法 只用其中一种去说明光的一切行为。所以说光具有波粒二象 性
（3）波动性与粒子性的统一
光到底是什麽？？？
光的一种基本性质是：
光在同一种均匀物质里是直线传播的 事实 影的形成 小孔成像
光的另一种性质是
光线具有相交时互不扰乱的本领---光传播的独立性
光的本性学说的发展史
萌芽期 （2300 多年以 前---17 世纪） 17世 纪的 微粒 说和 波动 说 19世纪 初波动 说理论 的完善 与发展 19世 纪下 半叶 光的 电磁 说 20世纪 初光的 量子说 （光子 说） 光的 波粒 二象 性
在宏观世界中波动性与粒子性是对立的，在微观世界中 却可以是统一的。但既不可以把光当成宏观观念中的波，也 不可把光当成宏观观念中的粒子。大量光子运动规律表现出 波动性。个别光子的运动则显示出光的粒子性。波长越长， 频率越低，波动性越明显；波长越短，频率越高，粒子性越 明显。
人类对光和光的本性的认识教学课件
波动光学时期
光电效应
❖ 当光照在某些金属上会逸出电子, 这就是光 电效应。
❖ 爱因斯坦（生于德国, 1879－1955）于1905 年, 提出了对以上现象的一个解释。
❖ 被康普顿（美国人, 1892－1962）效应所证 实。
❖ 1924年德布罗意（法国人, 1892一）创立了 物质波学说, 他大胆地设想每一物质的粒子的 运动都和一定的波动相联系
折射定律的建立
❖ 有两个创始人, 一个是荷兰数学家斯涅耳（荷兰人, 1591－1626）, 斯涅耳于 1621年, 从实际测量中抽 象出这一定律, 这一定律的表述是在斯涅耳去世后, 于1626年在他的遣稿中找到的。
❖ 另一个是苗卡儿（法国人, 1596—1650）, 笛卡儿 虽然倾向于光的波动说, 但在解释光的折射时, 又把 光看作由无数小球组成。因此, 他是从光的微粒观 念中推导出折射定律的。在1637年出版的《折光学》 一书中, 他第一个正式公布具有现代形式的折射定 律, 把余割之比换成了正弦之比。
二、人类对光的本性的认识
❖ 人类对光的本性的认识, 追溯其历史, 可以看出, 它是由初浅到深入, 由片面 到全面, 从实验到理论, 由现象到本质 逐步发展起来的, 最后建立起光的本性 的理论。但是从科学发展的眼光来看 关于光的本性的理论并没有穷尽, 还待 于进一步的探讨。
1.惠更斯和牛顿之争
❖ 早在十七世纪就开始了对光的本性的问题的讨 论, 当时有两种不同的观点, 一种是以笛卡儿、 胡克、惠更斯为代表的波动说, 另一种是以牛顿 为代表的微粒说。
my光学发展中的辩证法
浅谈光学发展的辩证法光学的发生、发展就是人们对光现象的认识逐步深入的过程。
光学从它的萌芽时期，经历了几何光学，波动光学时期，量子光学及现代光学时期。
光学发展的这几个阶段从一个侧面体现了人们对自然界认识的发展过程，体现了人们对自然界认识的辩证法规律。
这里将以光学发展中的一些典型事例说明对光的认识如何从一种主观的感觉到客观的存在, 如何从孤立的研究到与其它学科的相互联系, 如何从片面的弹性粒子或机械波即全面的波“粒”二象性的辩证发展过程。
一、对光的认识从主观感觉到客观存在的发展人们对光的认识, 是从“人为什么看见周围物体“这个最起码、最基本的问题开始研究的。
对这个问题的认识, 最初是从主观印象出发认为人在看东西的时候, 从人眼发出某种像触须似的东西, 碰上了的物体就被看见了。
古希腊的欧几里德曾写道:“我们假想光是以直线进行的,光线自物体到人眼成为一锥体, 锥顶在人眼, 锥底在物体。
只有被光线碰上的东西, 才给我们看见, 没有碰上的东西就看不见了。
”这种错误的观点统治了一千多年, 后来埃及人阿尔—哈金反对这种从眼睛发出光线以观察物体的学说, 认为光线是来自被观察的物体, 人眼接收到了这些光线就看见了这些物体。
这样, 对光现象的认识, 从主观印象发展到客观实在的阶段。
光学发展的早期, 对光的颜色的解释特别困难。
光为什么有各种颜色。
最初认为是一种主观感觉的不同。
1672年牛顿进行了著名的白光实验，让一束白光通过棱镜后, 在屏上形成了按一定次序排列的彩色光带—红、橙、黄、绿、兰、靛、紫。
牛顿指出, 日光是各色光复合而成的, 各色光在棱镜中受到不同程度的偏折, 而被分成各种颜色的光。
牛顿的白光实验, 使对光的颜色的理论开始从主观视觉印象上升到客观量度的科学高度。
1801 年英国人托马斯·扬进行了有名的双孔干涉实验。
它不仅使光的波动说得以复苏, 而且第一次测出了光波的波长。
后来进一步研究表明, 不同颜色的光, 是由它们的波长不同所决定。
光的本性的认识过程回顾
一、光的本性的认识过程简要回顾光物理学是当代物理学发展中最活跃的领域之一。
特别是在激光问世以来的三十多年里，光学的面貌发生了深刻的变化。
激光物理、非线性光学、高分辨率光谱学、强光光学、量子光学等学科正日趋成熟，并孕育着光子学、超快光谱学和原子光学等新的分支学科。
可以预见，光物理的研究在21世纪将会有若干突破性的进展，并对生命科学、生物学、激光化学等领域的突破，以及光学、光电子、光通讯等高技术产业的发展，起到关键性的先导与推动作用。
（一）磁光效应磁光效应是指处于磁化状态的物质与光之间发生相互作用而引起的各种光学现象。
包括法拉第效应、克尔磁光效应、塞曼效应和科顿-穆顿效应等。
这些效应均起源于物质的磁化，反映了光与物质磁性间的联系。
（一）、法拉第效应1845年M.法拉第发现，当线偏振光在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ＝VBl，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。
偏转方向取决于介质性质和磁场方向。
上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。
该效应可用来分析碳氢化合物，因每种碳氢化合物有各自的磁致旋光特性；在光谱研究中，可借以得到关于激发能级的有关知识；在激光技术中可用来隔离反射光，也可作为调制光波的手段。
因为磁场下电子的运动总附加有右旋的拉穆尔进动﹐当光的传播方向相反时﹐偏振面旋转角方向不倒转﹐所以法拉第效应是非互易效应。
这种非互易的本质在微波和光的通信中是很重要的。
许多微波﹑光的隔离器﹑环行器﹑开关就是用旋转角大的磁性材料制作的。
“法拉第是很熟悉借助于偏振光来研究产生在透明固体中的协变的方法的。
他作了许多实验，希望发现偏振光在通过内部存在着电解导电或介电感应的媒质时所受到的某种作用。
然而他并没有能找到任何这种作用，尽管实验是用按照最适宜发现拉力的效应的方式装置起来的－－电力或电流和光线相垂直，并和偏振平面成45度角。
光学发展的总结报告范文(3篇)
第1篇一、引言光学作为一门古老而又充满活力的学科，历史悠久，发展迅速。
从望远镜的发明到激光的出现，光学在人类文明的发展中扮演了重要角色。
本报告旨在总结光学领域近年来的发展状况，分析光学技术的重要突破和未来发展趋势。
二、光学发展历程1. 古代光学光学起源于古代，人们最早观察到光的现象是日食和月食。
我国古代光学研究的代表人物有墨子、张衡等。
墨子提出了“小孔成像”原理，张衡则发明了世界上最早的指南针。
2. 中世纪光学中世纪光学研究主要集中在光学仪器方面，如望远镜、显微镜等。
1608年，荷兰眼镜商人汉斯·利帕希发明了世界上第一台望远镜，为光学领域的发展奠定了基础。
3. 近代光学近代光学以光学仪器和光学原理的研究为主。
牛顿发现了光的色散现象，奠定了光谱学的基础。
1801年，托马斯·杨通过双缝实验证明了光的波动性。
此后，光学领域的研究逐渐深入，光学仪器和光学原理得到了广泛应用。
4. 现代光学现代光学以光学材料、光学器件和光学信息处理为主要研究方向。
光学材料的研究取得了突破性进展，如光学晶体、光纤等。
光学器件方面，激光、光纤通信、光学存储等技术的应用日益广泛。
光学信息处理技术也在多媒体、图像识别等领域发挥着重要作用。
三、光学技术的重要突破1. 光学材料近年来，光学材料的研究取得了显著成果。
新型光学材料不断涌现，如光学晶体、光纤、光子晶体等。
这些材料具有优异的光学性能，为光学器件和光学系统的设计提供了更多选择。
2. 光学器件光学器件方面，激光、光纤通信、光学存储等技术的突破性进展，极大地推动了光学技术的发展。
激光技术广泛应用于医疗、工业、科研等领域。
光纤通信技术实现了信息的高速传输，成为现代通信的重要支柱。
光学存储技术提高了数据存储容量和读写速度，为大数据时代提供了有力支持。
3. 光学信息处理光学信息处理技术在多媒体、图像识别、遥感等领域发挥着重要作用。
光学计算、光学成像、光学信号处理等技术的突破，为光学信息处理领域带来了新的发展机遇。
光学发展简史总结报告范文(3篇)
第1篇一、引言光学作为物理学的一个重要分支，历史悠久且充满活力。
从人类社会的诞生到现代科技的飞速发展，光学始终伴随着人类文明的进步。
本文将对光学发展简史进行总结，以展现光学在各个时期的重要贡献。
二、光学发展简史1. 萌芽时期光学起源于人类对自然界的观察和思考。
早在古代，人们就已经发现并利用了光的现象，如墨子的小孔成像实验。
这一时期，光学主要关注光的直线传播和反射、折射等现象。
2. 几何光学时期17世纪，牛顿、笛卡儿、斯涅耳等科学家开始对光学进行深入研究。
牛顿提出了光的微粒说，解释了光的反射、折射等现象；笛卡儿提出了光的波动说，为后来的波动光学奠定了基础。
这一时期，光学逐渐形成了几何光学体系，包括光的反射定律、折射定律等。
3. 波动光学时期19世纪，托马斯·杨、菲涅耳等科学家对光的波动性进行了深入研究，提出了光的干涉、衍射等现象。
这一时期，光学进入了波动光学时期，光的本性逐渐由微粒说转向波动说。
4. 量子光学时期20世纪初，爱因斯坦、波尔等科学家提出了光的量子理论，解释了光的量子特性。
这一时期，光学进入了量子光学时期，光与物质的相互作用成为研究重点。
5. 现代光学时期20世纪中叶以来，光学技术飞速发展，激光、光纤、光学成像等领域取得了重大突破。
现代光学已成为一门综合性学科，与物理学、化学、生物学等领域密切相关。
三、光学的重要贡献1. 揭示了光的本性光学的发展使人类逐渐认识到光的本性，从微粒说、波动说到量子理论，光学为人类认识自然界提供了重要线索。
2. 推动了科技进步光学的发展为许多科技领域提供了理论基础和实验手段，如光纤通信、光学成像、激光技术等，极大地推动了科技进步。
3. 丰富了人类生活光学在医疗、教育、娱乐等领域发挥着重要作用，如光学显微镜、光学眼镜、光学投影等，丰富了人类的生活。
四、总结光学作为一门古老的学科，在各个时期都取得了辉煌的成就。
光学的发展不仅揭示了光的本性，还推动了科技进步和人类生活水平的提高。
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：O43Introduction to the Development of Optical and Human's Understanding ofthe Nature of LightHe 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；andthe article looks ahead the prospect of optical. This article focuses on theexploration 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。
浅谈光的本性认知发展历程
浅谈光的本性认知发展历程作者：师家庆来源：《文存阅刊》2020年第14期摘要：自然科学的发展是人类不断揭露矛盾和克服矛盾的过程。
它的不少规律和理论是直接从生产实践中总结出来的，但也有很多的理论是在科学技术发展前提下对众多的科学假说进行证实或者部分证实的产物，这一产物本身其实也不是完美的，而是一个新的、有质的飞跃的一个新的假说。
其中，光学中对于光的本性——波粒二象性的描述就是很典型的例子。
关键词：理论;科学假说;光学;波粒二象性一、光学的早期发展光学是一门古老而又年轻的学科。
中国的《墨经》、希腊的《光学》等书中，均对光的一些规律进行了描述。
从这时候开始，一直到15世纪末16世纪初是光学发展的萌芽时期。
在这一阶段，所有光学的研究均未涉及光的本性。
二、光的微粒说17世纪中叶，人类开始对光的本质进行探讨。
人们在光的反射、折射等理论的基础上，提出了光的微粒说。
最早由笛卡尔提出。
在力学、数学、天文学的发展中作出巨大贡献的牛顿发展了该模型，提出了光的微粒理论并着手通过实验来验证自己的假说。
然而，在他的很多实验中，结论指向了波动性，如牛顿环实验等。
由此使得牛顿在光的本性问题上犹豫了很久。
微粒说可以很好地解释光的直线传播、反射、折射定律，但对于干涉、衍射、偏振等现象的解释相当勉强，以致牛顿不得不在微粒说中添加了“振动”的因素，认为光微粒在传播途中会受到媒质振动的影响，从而使得光的微粒说能够站住脚。
由于牛顿在自然科学界的巨大声望，使得微粒说在整个18世纪占统治地位。
三、光的波动说1655年，意大利数学教授格里马第观测放在光束中的小棍子的影子时，发现了影子的宽度和直线传播前提下影子的宽度是有差距的。
据此他推想光可能是与水波类似的一种流体。
格里马第设计了一个实验：让一束光穿过小孔后照到暗室里的一个屏幕上。
他发现光线通过小孔后的光影明显变宽了。
格里马第进一步实验，他让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕，这时得到了明暗条纹。
光学的进步和发展
光学的进步和发展光与人类的生产、生活联系十分紧密，光能引起人们的视觉，又是一种常见的自然现象，所以光学的起源可以追溯到二、三千年以前。
在中国古代的《墨经》、西方欧几里得的《反射光学》、阿拉伯学者写的《光学全书》中都有过对光学现象的介绍。
但光学真正成为一种学说应该是从十七世纪几何光学的初步发展开始。
几何光学的最初发展就是源于天文学和解剖学的需要。
因为光学仪器在天文学和解剖学的研究中有着重要作用，在人们不断研究、制造光学仪器的过程中，几何光学形成了。
几何光学的基础是光的反射定律和光的折射定律。
十七世纪初，德国天文学家开普勒由于革新天文望远镜的实际需要开始了对几何光学的研究。
1604年他发表了一篇论文，对光的反射现象、光的折射现象及视觉现象作了初步的理论解释。
1611年，他又出版了一部光学著作，其中记载了他的两个重要试验：比较入射角和出射角的实验，圆柱玻璃试验。
在书中，他对几何光学作了进一步的理论探讨，并提出了焦点、光轴等几何光学概念，发现了全反射。
继开普勒之后，荷兰物理学家和数学家斯涅尔对几何光学做出了系统的、数学的分析。
斯涅尔通过实验与几何分析，最初发现了光的反射定律。
另外，当他对光的反射现象进行系统的试验观测和几何分析以后，他又提出了光的折射定律。
但斯涅尔在世时并没有发表这一成果。
1626年，他的遗稿被惠更斯读到后才正式发表。
不久后笛卡儿也推出了相同的结论，但他是把光的传播想象成球的传播，是用力学规律来解释的，不是十分严密。
1661年，费马把数学家赫里贡提出的数学方法用于折射问题，推出了折射定律，得到了正确的结论。
折射定律的确立，促进了几何光学的迅速发展。
在早期光学的研究中，色散是另一个古老的课题，因为彩虹现象已经吸引人类多年。
在笛卡儿的《方法论》中，提到了作者早期的色散试验，但他没有观察到全部的色散现象。
1648年布拉格的马尔西成功的完成了光的色散试验，但他做出了错误的解释。
牛顿在笛卡儿等人的著作中得到了启示，用三个棱镜重新作了光的色散试验，并在此试验的基础上，对光的颜色总结出了几条规律，结论全面，论据充分。
对于光的本性的认识
对于光的本性的认识，几个世纪以来始终存在着激烈的争论，光的波粒二象性是两种学说相互妥协的结果。
在解释一些现象如干涉和衍射时，人们就用波动说去解释，而对另一些现象如光电效应就用微粒说去说明。
这种既是微粒又是波的存在在观念上确实叫人们不容易接受，其原因是到现在为止还没有一种理论能很好地把波动和微粒统一在一个模式下。
本文正是从这样一种出发点来探讨光的本性。
假设有一个光源S1，在S1前放置一块屏幕，从S1发出的光（光子）会将整个屏幕均匀的照亮。
我们知道，屏幕的亮度是与落在屏幕上面的光子数的多少有关的。
严格地说，屏幕的亮度是以垂直于屏幕的光线与屏幕的交点为中心向四周逐渐变暗的。
但这种变化决不是几率问题。
证明如下：把S1放在一个半径为R1的球的中心，假设S1在单位时间里发射出N个光子，则单位球面积上所接受的光子数等于光子数N除以球的总面积4πR12，如果把球的半径由R1变为R2（R2＞R1），则在单位球面积上所接受的光子数就变为N除以4πR22，由于R2大于R1，所以半径为R1的球在单位球面积上接受的光子数大于R2球单位面积上的光子数。
这就是为什么屏幕上的亮度是由明到暗逐渐变化的原因。
当屏幕距光源的距离很大且屏幕的面积又很小时，就可以近似的认为屏幕上的光子是均匀分布的。
现在把另一个相干光源S2放在靠近S1的地方，情况有了变化。
在垂直两个光源的平面上出现了明暗相间的圆环，而在平行两个光源的平面上，则出现了明暗相间的条纹见图一，这就是人们所说的光的干涉条纹。
因为干涉现象是波动的最主要特征，所以这也就成了光具有波动性的最有力证据之一。
我们知道机械波是振动在媒质中的传播，当有两列相干波源存在时，媒质中任意一点的振动是两列波各自到达这一点时波的叠加。
当到达这一点的两列波的相位相同时，则在这一点上的振幅最大，如果两列波的相位相差1800时，则振动的振幅相互抵消，这样就形成了有规则的干涉条纹。
经典光学正是套用机械波的方法证明光的干涉条纹的，而传播光的媒质以太已被证明是根本不存在的，这样用机械波的方法证明光的干涉条纹也就显得比较牵强。
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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：O43Introduction to the Development of Optical and Human's Understanding ofthe Nature of LightHe 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；andthe article looks ahead the prospect of optical. This article focuses on theexploration 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，发现了绕木星运行的卫星。
这给哥白尼关于地球绕太阳运转的日心说提供了强有力的证据。
开普勒于1611年发表了他的著作《折光学》，提出照度定律2/R I E =，还设计了几种新型的望远镜，他还发现当光以小角度入射到界面时，入射角和折射角近似地成正比关系。
折射定律的精确公式则是斯涅耳和笛卡儿提出的。
1621年斯涅耳在他的一篇文章中指出，入射角的余割和折射角的余割之比是常数，而笛卡儿约在1630年在《折光学》中给出了用正弦函数表述的折射定律。
接着费马在1657年首先指出光在介质中传播时所走路程取极值的原理，称为费马引理。
其数学表达式为⎰=BAnds 或恒定值）极值（极小值，极大值根据这个原理推出光的反射定律和折射定律。
综上所述，到十七世纪中叶，基本上已经奠定了几何光学的基础。
2.2.2微粒说统治地位的取得光学学科的形成及其系统化的建立，是从17世纪以后才开始的,在这一时期创立了关于认识光的本性的学说,其中以光的微粒说和光的波动说这两种学说最为重要，而他们之间的争论一直延续到二十世纪初。
光的微粒说的代表是英国科学家牛顿，他认为光是发光体所射出的微小粒子，所以是沿着直线行进的。
这种学说只要假定光在水中的速度比空气中大，就可以很容易的解释光的折射和反射定律。
虽然有一些光学现象用微粒还不能解释，但他坚信光是一种粒子。
光的波动学说的代表是与牛顿同时代的胡克和惠更斯等人为代表，他认为光是一种称为“以太”的介质的快速振动，当以太受到光的照射而振动时，每一个以太点可以作为新的振动中心而向四周传播波面次波，这些波面次波结合后所形成的包络面是下一瞬间新的波前，这就是著名的惠更斯原理（如图1所示）[2]。
球面波平面波图1按照这个原理，波动学说也顺利了解释了光的反射和折射定律。
但是惠更斯原理也有一定的缺陷，它不能很好的解释光的干涉和衍射现象等有关光的波动本性的现象。
由于当时牛顿的极高威望以及牛顿追随者极力推崇他的微粒说的强大影响，很多人便依附于牛顿的微粒说之下。
当时的人们在解释各种各样的物理现象时，还倾向于采用与之对应的流体概念。
由于微粒说合乎人们的直观感觉，光也被看成是一种细微粒子构成的流体物质。
因此第一次争论就以波动说的失败而告终。
但惠更斯等人所做的开创性工作使得波动说仍然具有顽强的生命力。
随着科学的不断发展和人们对光深入的探索，又有了关于光的新的实验发现，而数学的发展又为波动说解决困难提供了有力工具，从而为波动说的发展奠定了坚实的基础。
2.3波动光学时期(19世纪末—19世纪初)2.3.1波动说的重新崛起随看人们对光的研究的深人，微粒说的局限越来越被人们所认识。
一些当时已知的光学现象，比如在空间交叉的几束光线能够互不干扰地独立前进;光线不是永远走直线，它可以绕过障碍物的边缘拐弯前进等，微粒说无法解释。
而这些现象，荷兰物理学家惠更斯提出的波动说就能够给予合理的解释。
他把光和声波、水波相类比，认为光是一种机械波，由发光物体引起，依靠一种特殊的弹性媒质来传播。
这一种学说，既解释了几束光线相遇不会发生干扰的现象，又解释了光的反射和折射现象。
在解释折射现象的时候，惠更斯同牛顿的解释更是相反。
他假设光在水中的速度小于在空气中的速度。
实验结果表明了惠更斯的解释正确，而牛顿的解释错误。
在恢复原来光波动理论合理与“合法”的斗争中，英国科学家托马斯·杨建 立了不朽功勋.1801年，英国科学家托马斯·杨最先用干涉原理解释了白光照射下薄膜颜色的由来并做了著名的“杨氏双缝干涉实验”，其实验原理图如图2所示图21818年，法国科学家菲涅耳参加了巴黎科学院征求关于阐释光的衍射现象这一有奖问题的辩论并获得胜利，使光的波动学说开始被大多数学者所接受，菲涅耳以光的波动说为基础，把杨氏干涉的思想与惠更斯原理相结合，形成了人们熟知的惠更斯—菲涅耳原理，即如图3所示的波面S 上每个面积元dS 都可以看成新的波源，他们均发出次波。