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  • 光学的研究及发展

    作者:佚名 来源:网络文档 时间:2019-04-02 10:20 阅读:8990 [投稿]
    本文介绍了光学的发展简史,系统地概述了光学发展的萌芽时期、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,为大家提供一套关于光学发展历史的理论参考。

    摘要:光学是一门既古老又年轻的学科,是物理学中一个重要的分支。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。本文介绍了光学的发展简史,系统地概述了光学发展的萌芽时期、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,为大家提供一套关于光学发展历史的理论参考。 

    关键词:光学 光学的研究发展 量子 

    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而曲折的历史过程,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。 

    1.光学的萌芽时期 

    光学的起源和力学、热学一样,可以追溯到两三千年以前。春秋战国时期墨子(公元前468―376年)及其弟子所著《墨经》中记载:直线传播、光在镜面上的反射等现象,并提出了一系列的实验规律。这是有关光学知识的最早纪录。西方也很早就有光学知识的记载,欧几里德(Euclid,公元前330~275)的《反射光学》研究了光的反射,提出了反射定律和光类似触须的投射学说。 

    大约公元100年克莱门德和托勒密研究了光的折射现象,最早测定了光在两介质界面的入射角和折射角。阿拉伯学者阿勒·哈增(AI-Hazen,965 1038)写过一部《光学全书》,讨论了许多光学现象。公元1 1世纪阿拉伯人伊本·海赛木发明了透镜,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也已相继出现。这些光学元件的发明推动了光学进一步向前发展。 

    2.几何光学时期 

    1608年荷兰人李普塞发明第一架望远镜,17世纪初延森和冯特纳(Fontana)发明了第一架显微镜。1610年伽利略制作了望远镜,并用望远镜观察星体运动。1611年开普勒发表《折光学》,设计了开普勒天文望远镜。1630年斯涅尔(Snel1)和笛卡尔(Descartes)总结出光的折射定律。这些发明和发现是光学由萌芽时期发展到几何光学时期的重要标志。 

    直到1657年费马(Fermat)得出著名的费马原理,并从原理出发推出了光的反射和折射定律。这两个定律奠定了几何光学的基础,光学开始真正形成一门科学。牛顿在1666年提出光的微粒理论:光是高速运动的细小微粒。能够解释光的直线传播和反射折射定律,但不能解释牛顿圈和光的衍射现象。惠更斯在1678年提出光的波动理论:光是在“以太”传播的波。成功的解释了光的反射和折射定律,方解石的双折射现象,但他的理论没有指出光的周期性和波长的概念,没有脱离几何光学的束缚。此后100多年时间里两种理论不断争斗,18世纪以前微粒理论占上风,这种优势在19世纪初被打破。 

    3.量子光学时期 

    1900年,普朗克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,只能以各自确定分量的能量从振子射出,这种能量微粒称为量子,光的量子称为光子。量子论很自然地解释了 

    灼热体辐射能量按波长分布的规律, 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。 

    1905年爱因斯坦发展了光的量子理论,成功地解释了光电效应,提出了光的波粒二象性。至此,光到底是“粒子”还是“波动”的争论得到解决:在某些方面,光表现的象经典的“波动”,在另一些方面表现的象经典的“粒子”,光有“波粒二象性”。这样,在20世纪初,一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波;而另一方面又从热辐射、光电效应、光压以及光的化学作用等无可怀疑地证明了光的量子性――微粒性。  

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