光学发展简史

课程名称：光学主讲教师：王丹专业班级： 14光电

学号 201430320311 姓名谢宇成绩：

光学发展简史

摘要：光学是一门古老的科学，从远古时期就已经开始有人研究光的学问；光学也是一门实用的科学，我们日常生活中的许多设备，技术都离不开光学的应用。回顾光学的发展史，更有利于学习和把握光学这门有趣的科学。

关键词:光学科学学习发展史

光学的发展，大体上可以分为五个时期——萌芽时期，几何光学时期，波动光学时期，量子光学时期和现代光学时期。

在萌芽时期，主要进行简单光学元件的制造和基础光学原理的研究。在此时期，先秦典籍已经记载了影的定义和生成，光的直线传播性和针孔成像等光学原理[1]；这之后，西方的欧几里得研究了光的反射，叙述了光的反射角等于入射角。在11世纪，阿拉伯学者伊本·海赛木首次提出视觉是由物体发生的光辐射线引起的[2]。14世纪，波特研究了成像暗箱,即小孔成像原理。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，对光学的研究即将到达一个峰点——几何光学。

紧接着的几何光学时期，是光学真正成为一门科学的时期。从公元1590年到十七世纪初，詹森和李普希同时独立发明了显微镜。在1608年，荷兰的李普塞发明了第一架望远镜。光学仪器的相继问世，给光学的研究插上了助推器。17世纪初，开普勒创设大气折射理论，提出天体望远镜原理。从15世纪中叶到17世纪，斯涅耳和笛卡尔、费马等经过一系列研究总结出的光的反射定律和折射定律，基本奠定了几何光学的基础。此后，在十七世纪中后叶，牛顿发现太阳光折射光谱和“牛顿环”，创立了光的“微粒说”[3]。但从17世纪开始，光的直线传播原理已经不能解释一些实验现象：意大利人格里马首先观察到了光的衍射现象，接着，胡克和波意耳独立地研究了薄膜所产生的彩色条纹干涉。自此，光学

即将步入波动时期。

接下来的波动光学时期初步形成于19世纪。虽然在1690年，惠更斯就提出了光的波动说，建立惠更斯原理[4]。但直至1799年，托马斯·杨完成双缝干涉实验，才证明光以波动形式存在；而菲涅耳于1818年以杨氏乾涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。而在1860年前后，麦克斯韦指出光是一种电磁现象[5]。这个结论在1888年为赫兹的实验证实。到了1896年，洛伦兹创立电子论，解释了发光和物质吸收光的现象及光在物质中传播的各种特点[6]。然而对于像炽热黑体的辐射中能量按波长分布这样重要的问题，洛伦兹理论还不能给出令人满意的解释。量子光学的大门即将被打开。

紧接着在十九世纪末，光学进入量子光学时期。1900年，普朗克提出了辐射的量子论，并将光的量子称为光子。量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。1905年，爱因斯坦在研究光电效应时推广了普朗克的上述量子论，进而提出了光子的概念[7]。这种从光子的性质出发，来研究光与物质相互作用的学科即为量子光学。1922年发现的康普顿效应，1928年发现的喇曼效应，以及当时已能从实验上获得的原子光谱的超精细结构，它们都表明光学的发展是与量子物理紧密相关的。

此后，在20世纪中叶，激光问世，光学开始进入了一个新的时期。自20世纪50年代以来，人们开始把数学、电子技术和通信理论与光学结合起来，形成了所谓“傅里叶光学”[8]。再加上由激光所提供的相干光和由利思及阿帕特内克斯改进了的全息术，形成了光学信息处理技术，光纤通信就是以此工作的[9]。

现代光学的应用在我们的日常生活中拥有比较高的人气，像全息技术和光纤通信。其中，我最感兴趣的是全息技术，尤其是它在图像和影视方面的应用。

[1]谭戒甫. 墨经分类译注.北京：中华书局，1981

[2] 欧几里得-下载频道.

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[3]牛顿.牛顿光学.北京:北京大学出版社，2014

[4]惠更斯.惠更斯光论.北京：北京出版社，2012

[5]玻恩，沃耳夫.光学原理——光的传播、干涉和衍射的电磁理论（第七版）. 北京:电子工业出版社，2009

[6]电子论_好搜百科

/doc/6038032-6251040.html

[7]吴大猷.理论物理(第二册 ) 量子论与原子结构.北京:科学出版社，2010

[8]古德曼.傅里叶光学导论（第3版）.北京:电子工业出版社，2011

[9]刘继芳，忽满利.现代光学（第二版).西安:西安电子科技大学出版社，2012