光学发展概述ppt

3.波动光学时期
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进入 1800 年，由 于 英 国 医 生 杨 （ 英国人， 1773 －1829）和法国工 程师菲涅耳（法国 人， 1788－1827） 的工作，使波动说 又重新提出，并取 得成功。
› 扬在1800年的论文中。根据光的波动本 性解释了牛顿环的现象，并描述了杨氏 双缝干涉实验，第一次用实验显示了光 的干涉现象，并由此成功地测出了红光 和紫光的波长，并且认为光是横波。扬 取得了很多研究成果，其中包括人眼的 构造和功能。
现代光学时期
› 在激光器诞生以后，为摄影术向前发展提供了可能， 因此出现了全息摄影术。 › 由于激光的出现，光学的重要发展之一，是将数学 中的付里叶（法国人， 1768 － 1830 ）变换和通讯 中的线性系统理论引入光学，形成了一个新的光学 分支——付里叶光学。 › 在激光器出现一年以后，非线性光学（也称强光学） 作为光学的一个分支也发展起来了。
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，
› 菲涅耳和阿拉果（ 1786 一 1853 ）在 1819 年提 供了相互垂直的偏振光不相干涉的证明，这是 光的横向振动理论最终的证实。
› 夫琅和费（德国人，1787－1826）对折射的研 究。 1835 年施维尔德（ 1792 — 1871 ）发表了 总结性的文章；题为《从波动论的基本定理出 发分析地阐明衍射现象》之后，才告一段落。 › 1845 年，法拉第（英国人， 1791 — 1867 ）发 现了偏振光的振动面在强磁场中旋转的现象， 从而揭示了光和电磁的内在联系。1856年韦伯 （德国人，1804－1891）和柯尔劳斯（德国人， 1809—1858），发现电荷的电磁单位和静电单 位的比值等于光在真空中的传播速度。
几何光学时期
› 十七世纪还讨论了另一个问题，即“是 不是有一个有限的光速？”笛卡儿采取 否定的态度，而伽里略是肯定的。
› 在整个十八世纪，光学几乎没有什么发 展，多数科学家赞成光的微粒说，而欧 拉（瑞士人， 1707—1783）和伯努利 （瑞士人。1700—1782） 却坚持和发 展了“从太”的波动理论。
此外，我国很早就利用 光的这一性质，发明了 皮影戏。汉初齐少翁用 纸剪的人、物在白幕后 表演，并且用光照射， 人、物的影像就映在白 幕上，幕外的人就可以 看到影像的表演。皮影 戏到宋代非 常盛行，后 来传到了西方，引起了 轰动。
萌芽时期
› 对大气光学现象的探讨大气光学现象是中国古 代光学最有成效的领域之一，早在周代由于占 卜的需要，已建立了官方的观测机构，虽然他 们的工作蒙上了一层神秘的色彩，但是对虹、 海市蜃楼、北极光等大气光学现象的观测与记 载是长期、系统而又深入细致的，世所罕见。
› 爱因斯坦（生于德国， 1879 － 1955 ）于 1905年，提出了对当光照在某些金属上会逸 出电子的一个解释。这就是光电效应。 › 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
现代光学时期
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二十世纪五十年代以来，尤其是在 激光问世以后，光学和许多科学技 术领域紧密结合，相互渗透，派生 了不少崭新的分支学科，因此光学 开始了一个新的发展时期，成为现 代物理学和现代科学技术的前沿阵 地之一 。
› 1905 年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。 他给光子作了十分明确的表示，特别指出光与物 质相互作用时，光也是以光子为最小单位进行的。 1905年9月，德国《物理学年鉴》发表了爱因斯坦 的“关于运动媒质的电动力学”一文。第一次提 出了狭义相对论基本原理，文中指出，从伽利略 和牛顿时代以来占统治地位的古典物理学，其应 用范围只限于速度远远小于光速的情况，而他的 新理论可解释与很大运动速度有关的过程的特征， 根本放弃了以太的概念，圆满地解释了运动物体 的光学现象。
› 1865年，麦克斯韦（苏格兰人，1831—
1879 ）电磁场理论建立，得出电磁波以 光速传播，所以说明光是一种电磁现象。 这一理论，于 1888 年被赫兹（德国人， 1857－1894）用实验证实。因此建立了 光的电磁理论。
› 1849年菲索（法国人，1819—1896）利 用转动齿轮法， 1862 年佛科（法国人， 1819～1868）利用旋转镜法，第一次在 实验室测定了光的速度，这就完全证实了 波动说的正确性。
4.量子光学时期
› 1900年普朗克提出了量子假说，从物质的分子结构 理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。 他认为各种频率的电磁波，包括光，只能象微粒似 地以一定最小份的能量发生，这种能量微粒称为量 子，正比于频率，成功地解释了黑体辐射问题光的 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。量子论不但给 光学，也给整个物理学提供了新的概念，所以通常 把它的诞生视为近代物理学的起点。
萌芽时期Baidu Nhomakorabea
› 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。 › 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”。
› 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。
› 牛顿在光学中另一项精彩的发现是牛顿 环。
几何光学时期
› 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。 › 牛顿的高明之处是：他不仅详细地定性 的描述了实验现象，而是进一步作了定 量的测量。
波动光学时期
› 菲涅耳继续了扬的工作，1815年他用扬的干涉 原理补充了惠更斯原理，提出了惠更斯 —— 菲 涅耳原理。运用这一原理不仅能解释光在各向 同性介质中的直线传播，同时也能解释光的衍 射现象。
› 1808 年马吕斯（英国人， 1775 —1812 ）偶然 发现光在两种介质界面上反射时的偏振现象。
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
› 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。 › 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。
光学发展概述
姓名：尤增光
学号：2012501046
人类对光和光的本性的认识
› 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 。
1.萌芽时期
› 中国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相 连的。它起源于火的获得和光源的利用，以光学 器具的发明、制造及应用为前提条件。根据书籍 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、大气光学、成像理论等多个方 面。
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。
› 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。对光的直线传播的认识 早在春秋 战国时《墨经》已记载了小孔成像的实验。指出 小孔成倒像的根本原因是光沿着直线传播。
光的直线传播性质，在我国古代天文历 法中得到了广泛的应用。我们的祖先制 造了圭表和日晷，测量日影的长短和方 位，以确定时间、冬至点、夏至点；在 天文仪器上安装窥管，以观察天象，测 量恒星的位置。
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。 › 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。
人类对光的本性的认识
› 人类对光本性的认识是否已经达到 了终点呢？根据科学发展的规律和 目前的状况看，答案是清楚的。至 少是有些问题还没有彻底解决。例 如：光量子还能再分吗，光子还有 没有内部结构？光子真的没有静止 质量吗？这些问题都有待于进一步 的探索。
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。
折射定律的建立
n1sinθ1=n2sinθ2。
› 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。