第6篇 光学发展史.ppt

萌芽时期
❖ 1299年，阿玛蒂（十三世纪）发明了眼镜。因此到 15世纪和16世纪纪，凹面镜，凸面镜，眼镜，透镜 等光学元件已相继出现。
❖ 我国宋代的沈括（1031—1095）在《梦溪笔谈》中， 记载了极为丰富的几何光学知识。
❖ 我国元代的自然科学家赵友钦（1279—1368）著有 《革象新书》，书中记有“小罅光景”的大型光学 实验，其中讨论了物体表面照度与光源发光强度以 及距离之间的关系。
❖ 牛顿根据实验结果，也提出了错误的看 法，他断定透镜成象存在根本的缺点， 即不能形成清晰的物象。
❖ 但是必须指出，牛顿的前提是错误的， 他的错误在于他认为不同的透明物质是 从相同的方式折射不同颜色的光线的。
几何光学时期
❖ 牛顿在光学中另一项精彩的发现是牛顿 环。
❖ 牛顿环是光具有波动性的最好证明之一， 也说明了光的周期性。但是，因为牛顿 在关于光的本性的讨论中倾向于微粒说， 所以他不可能对光的以上性质加以进一 步的探讨。
亚里士多德（希腊,公元前384一322）
❖认为白色阳光通过美丽的古老大教 堂的彩色玻璃窗之后变得五颜六色， 好象白衣服放入不同染料的溶液中 被染了色一样，是光把透明介质物 体的可见性变成了现实。认为颜色 是人们主观的感觉，一切颜色都是 光明与黑暗，白与黑按光的比例混 合的结果。
几何光学时期
❖ 不同颜色的光线具有不同的折射本领， 被牛顿用来解释虹的成因。
萌芽时期
❖ 最早且有据可查的是我国春秋战国时期 的墨翟及其弟子的工作。
❖ 欧几里德（古希腊，公元前330—275） 也提出了光的直线传播性，他在《光学》 一书中写道：“我们假想光是以直线进 行的，在线与线间还留出一些空隙来， 光线自物体到人眼成为一个锥体，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”。
几何光学时期
❖ 1609年，伽里略（意大利人， 1564—1642） 制造了用凸透镜做物镜，用凹透镜做目镜的伽 里略望远镜。他的不朽的功勋之一是第一个把 望远镜指向天空，当时的目的是为了证实哥白 尼（波兰人。 1473—1543）的日心说。
❖ 开普勒（德国人，1571—1630）汇集前人的 光学知识，于1611年发表了《屈光学》一书。 书中记载：他研究了折射现象，断定托勒密关 于折射定现的结论并不正确，
几何光学时期
❖ 费马（法国人，1601一1665）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，并根据这个原理，推导出光 的反射定律和折射定律。
❖ 到十七世纪中叶，已经建立了光的反射和 折射定律，从而奠定了几何光学的基础。
❖ 以上理论是从光的直线传播作为基础的， 但在实际观察中也存在违背这一原则的现 象。如格里马（意大利人，1618—1663） 等人首先观察到衍射现象。
萌芽时期
❖ 公元二世纪，托勒密（希腊人，公元70 －147）研究了折射现象，写了《光学》 一书，书中记载光由空气进入水中的入 射角和折射角，得出一系列数据。他认 为折射角和入射角成正比。
❖ 阿尔一哈金（阿拉伯人，公元 965－ 1038）首先发明了凸透镜，并对它进行 了实验研究，所得的结果接近于近代关 于凸透镜的理论。
几何光学时期
❖ 胡克（英国人，1635－1703）也观察到 了衍射现象，并和玻义耳（英国人， 1627—1691）独立地研究了薄膜所产生 的彩色干涉条纹。以上这些都是波动光 学的萌芽。
❖ 到了十七世纪后半叶，牛顿（英国人， 1643－1727）和惠更斯（ 荷兰人， 1629一1695）等对光的研究，才真正把 光学引上了发展的道路。
几何光学时期
❖ 从时间上来看，大约包括十七、十八两个世纪，这 是光学的转折时期。在这期间建立了光的反射定律 和折射定律，为几何光学奠定了基础。同时为了扩 大人眼的观察能力，出现了一些光学仪器。
❖ 如李普塞（荷兰人，1587－1619）所制作的第一架 望远镜的诞生、促进了天文学和航海事业的发展， 延森（1588—1632）和冯特纳（1580－1656）最 早制作了复合显微镜，为生物学的研究提供了强有 力的工具。
第六章 光学发展史
❖ 光学和几何学、天文学、力学一样，是一门 有悠久历史的学科，也是当前科学领域中最 活跃的前沿阵地之一。
❖ 光学的发展史，大体可分为五个时期 。 ❖ 1．萌芽时期 。 2．几何光学时期 。
3．波动光学时期 。4．量子光学时期 。 5．现代光学时期 。
萌芽时期
❖ 从我国春秋战国的墨翟（公元前468－376） 开始直到以后的二千年之间，可谓光学的萌 芽时期。它是光学发展史上缓慢前进的年代。 在这一时期中，一方面对光的直线传播、反 射和折射现象进行了实验和观察；另一方面， 由于生产和生活的需要，发明了透镜、凹面 镜，并应用于实际。
牛顿光学上的伟大贡献
❖ 在1704年出版的《光学---论光的反射、 折射、弯曲和颜色》一书中，书中描述 了他所做过的实验和所得出的结论。
❖ 首先，他为了改善望远镜头而磨制三棱 镜，从而发现了色散现象。证明了白光 是由各种色光复合而成的 。
几何光学时期
❖ 牛顿的另一个实验是这样进行的，他用一块长 纸板，一半涂成鲜红色，另一半涂成兰色，把 它放在窗户边，通过一块玻璃棱镜来观察它。 他发现：“如果把棱镜的折射棱角朝上，使纸 板由于折射看起来好象是被抬高了。那么折射 的结果使兰色半边比红色半边升得更高。但是 当棱镜的棱角朝下，使纸板由于折射看起来好 象是被放低了，兰的半边就比红的半边降得更 低了。”根据以上实验，牛顿断定兰光折射得 比红光更厉害些，并得出透镜聚光时，兰光和 红光一定是聚集在离透镜不同的距离上。
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1626Baidu Nhomakorabea在他的遣稿中找到的。
❖ 另一个是笛卡儿（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。