物理光學(xué)論文之物理光學(xué)發(fā)展史研究

1、物理光學(xué)發(fā)展史研究學(xué)院： 學(xué)號：姓名：一． 光學(xué)及光學(xué)發(fā)展簡介光學(xué)既是物理學(xué)中最古老的一個基礎(chǔ)學(xué)科，也是當前科學(xué)研究中最活躍的前沿陣地，具有強大的生命力和不可估量的前途。光學(xué)的發(fā)展過程是人類認識客觀世界的進程中一個重要的組成部分，是不斷揭露矛盾和克服矛盾、從不完全和不確切的認識總部走向較完善和較確切認識的過程。它的不少規(guī)律和理論是直接從歐美和生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的，也有相當多的發(fā)現(xiàn)來自長期的系統(tǒng)的科學(xué)實驗。光學(xué)的發(fā)展為生產(chǎn)技術(shù)提供了許多精

2、密、快速、的衡東的實驗手段和重要的理論依據(jù)；而圣餐技術(shù)的發(fā)展，又反過來不斷向光學(xué)提出許多要求解決的新課題，并為進一步深入研究光學(xué)準備了物質(zhì)條件。光學(xué)的發(fā)展大致可劃分為 5 個時期：一、萌芽時期；二、幾何光學(xué)時期；三、波動光學(xué)時期；四、量子光學(xué)時期；五、現(xiàn)代光學(xué)時期。由于古代的光學(xué)知識基本上處于現(xiàn)象的描述、經(jīng)驗的總結(jié)、猜測性的思辨階段因而沒有給人以必然性、系統(tǒng)性的真正透徹地思考過的印象。這個時期的光學(xué)知識主要是以直覺和零散的形式出現(xiàn)的。這

3、個時期雖然很漫長( 大約二千年 ),也有不少文字記載,但要詳細地劃分具體的階段是不大可能的,也是不必要的。近代光學(xué)的發(fā)展尤為迅速。近代可以劃分為兩個發(fā)展階段,即幾何光學(xué)階段和波動光學(xué)階段。其分界點應(yīng)為托馬斯·楊在 1801 年首先利用光的干涉原理令人滿意地解釋了白光照射下薄膜顏色的由來與牛頓環(huán)現(xiàn)象,同時用雙縫實驗顯示了光的干涉現(xiàn)象?，F(xiàn)代光學(xué)時期可分為量子光學(xué)初創(chuàng)階段和近代光學(xué)階段。這兩個階段的分界點是肖洛和湯斯等人提出把受激輻

4、射的微波放大器的原理可推廣到光頻段中去。這也幫助了美國工程師梅曼實現(xiàn)了他們的預(yù)言制成了世界上第一臺激光器——紅寶石激光器使光學(xué)發(fā)生了深刻的變化,產(chǎn)生了光電子學(xué)等許多新的學(xué)科。二． 波動光學(xué)發(fā)展簡介19 世紀初，波動光學(xué)初步形成,其中托馬斯·楊圓滿地解釋了“薄膜顏色” 和雙狹縫干涉現(xiàn)象。菲涅耳于 1818 年以楊氏干涉原理補充了惠更斯原理，由此形成了今天為人們所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圓滿地解釋光的干涉和 衍射現(xiàn)象，也能

5、解釋光的直線傳播。1846 年，法拉第發(fā)現(xiàn)了光的振動面在磁場中發(fā)生旋轉(zhuǎn)；1856 年，韋伯發(fā)現(xiàn) 光在真空中的速度等于電流強度的電磁單位與靜電單位的比值。他們的發(fā)現(xiàn)表明光學(xué)現(xiàn)象與磁學(xué)、電學(xué)現(xiàn)象間有一定的內(nèi)在關(guān)系。1860 年前后，麥克斯韋的指出，電場和磁場的改變，不能局限于空間的某一部分，而是以等于電流的電磁單位與靜電單位的比值的速度傳播著，光就是 這樣一種電磁現(xiàn)象。這個結(jié)論在 1888 年為赫茲的實驗證實。然而，這樣的理論還不能說明能產(chǎn)

6、生像光這樣高的頻率的電振子的性質(zhì)，菲涅耳的論文使評獎委員會的科學(xué)家大吃一驚,他們沒有想到一位不知名的學(xué)者竟然寫出如此好的文章.當時的著名學(xué)者泊松(S.D.Poisson,1781—1840)卻從菲涅耳的方程得出了一個菲涅耳未曾考慮過的結(jié)論:如果這些方程正確地描寫了光的行為,那么把一個小圓盤放在光束中,在盤后的一定距離上放置屏幕,在屏幕上的圓盤影子中心處,應(yīng)當出現(xiàn)一個亮斑.從光的粒子說來看,在圓盤中心出現(xiàn)亮斑當然是不可思議的事情,也從來沒

7、有人看到過這種“荒謬”的現(xiàn)象.所以泊松興高采烈地宣稱,他已經(jīng)駁倒了菲涅耳的波動理論.菲涅耳和阿拉果接受了挑戰(zhàn),他們進行了精密的實驗,實驗非常精彩地證實了菲涅耳理論的結(jié)論,影子中心果然出現(xiàn)了一個亮點,結(jié)果泊松根據(jù)菲涅耳理論作出的“預(yù)言”被實驗證實了.這個預(yù)言轟動了法國科學(xué)院,并且迎來了波動說的輝煌勝利.于是菲涅耳就榮獲了這一屆的科學(xué)獎,而后人稱這個戲劇性亮點為泊松亮點.這樣,菲涅耳就將惠更斯的理論和干涉原理結(jié)合起來,牢固建立了波動理論基礎(chǔ)

8、,它提供了光的折射、衍射的完整理論,提高了人們對波動說的信任度.但是光的波動說對于折射或偏振現(xiàn)象是無能為力的,這一困難后來也是由菲涅耳解決的.1819 年,菲涅耳和阿拉果一起以精確的實驗確證了兩束相互垂直的偏振光不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,進一步肯定了光的橫波性質(zhì).光的橫波形假設(shè)的引入,使菲涅耳得出了一系列其他重要結(jié)論,如偏振面的轉(zhuǎn)動理論(1822 年);反射和折射理論(1823 年);雙折射理論.菲涅耳還用多級菲涅耳透鏡代替拋物線鏡,設(shè)計了當時

9、最優(yōu)良的燈塔照明系統(tǒng).183 年,哈密頓根據(jù)菲涅耳的雙折射理論得到了光的錐形折射的理論,這是菲涅耳雙折射理論的巨大勝利.研究過程中,菲涅耳做了很多實驗,他的實驗往往具有很強的直觀性和敏銳性,很多現(xiàn)在仍通行的實驗和光學(xué)元件都冠有菲涅耳的姓氏,如雙面鏡干涉、菲涅耳鏡、圓孔衍射等.菲涅耳研究了介質(zhì)運動對光的傳播的一些問題,提出了運動物體部分吸引以太的結(jié)論,并得到了菲涅耳曳引系數(shù)，菲索通過實驗確認,觀察到的干涉條紋的移動與按菲涅耳曳引系數(shù)計算得