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光学发展简史

光科1103 关键词：光学，发展，理论，

摘要： 光学(optics)是物理学的一个重要组成部分，是研究光的本性、光的传播和光

与物质相互作用的学科。在物理学中，通常将光学划分为几何光学(geometrical optics)、波动光学(wave optics)、量子光学(quantum optics)和现代光学(modern optics)几大部分。 光学的应用非常广泛，它不仅在科技领域中起着重要作用，而且也与人类日常的生活活动息息相关。这里对光学的发展历史作一简要介绍。

正文：光学理论发展简介

1经典光学的发展及人们对光的本性的认为

光是一种自然现象，也是人类赖以感知宇宙万物的天然工具。光对于人眼的特殊生理效应——视觉引起了人们对于光的极大兴趣和好奇心。公元l世纪，罗马哲学家塞涅卡

(L．A．Seneca)发现了光的折射现象。13世纪，透镜的研究导致了眼镜的发明，也为16世纪望远镜和显微镜的发明打下了基础。处于同一时代的科学伟人牛顿和惠更斯(C.Huygens)，其对光的本性持两种不同的观点。

惠更斯根据当时意大利学者格里马第(F．M．Grimaldi)和胡克等人所发现的光

的衍射现象和波动假设，提出了光的波动说理论(undulatory theory)。而牛顿对光学也作过深入研究，棱镜的色散效应、牛顿环，以及发明世界上第一架反射望远镜等都是他在光学研究中的标致性成果。19世纪初，杨氏(Thomas Young)利用波动论的观点圆满解释了薄膜颜色的形成，又成功地进行了双光束的干涉实验，从而证实了光的波动性。

19世纪后半叶，麦克斯韦(J.C.Maxwell)在法拉弟(M.Faraday)等人的实验研究和理论

假设的基础上，用完整的数学语言总结和发展了电磁理论，提出电磁波和场的概念，并用电磁理论预言了光是一种电磁波。1888年，赫兹(H.R.Hertz)通过实验证实了电磁波的存在，同时也验证了光的电磁本性。光的电磁理论使人们认识到了光与电磁场的本质性联系，从而摆脱了光的机械波动论观点，对光的本性的认识产生了质的跃变，因此，光的电磁理论的建立是光学发展的一个重要里程碑。光的波粒二象性是光的本性的全面体现，因而这种表象上的二重性具有其内在的统一性。建立在量子理论基础上的电磁理论如量子电动力学阐明了光的二象性的内在统一性。但是，至此我们并不能说已完全认识了光的本性，对于光的本性问题的争论仍未结束，而且对于光这种特殊的物质和现象，

人们还有许多的不解之谜。

2 现代光学的发展

20世纪五十年代，数学和通讯理论与光学的结合形成了傅里叶光学，为光学信息

处理等奠定了基础，红外光学技术的应用与研究也在此时得到了巨大发展。六十年代，光纤光学开始发展。1960年，第一台激光器问世，人们终于研制出了完全不同于自然光的、可以由人来调控的、具有许多优异而独特的性能的理想光源，由此为光学带来了一场划时代的革命。目前，现代光学以激光为基础，以傅里叶变换光学、光子学为理论核心，正在不断发展和开辟新的领域。再加上由于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，形成了一个新的学科领域——光学信息处理。光纤通信就是依据这方面理论的重要成就，它为信息传输和处理提供了崭新的技术。 总之，现代光学和其他学科和技术的结合，在人们的生产和生活中发挥这日益重大的作用和影响，正在成为人们认识自然、改造自然以及提高劳动生产率的越来越强有力的武器。

3. 麦克斯韦关于光的电磁本性假说 光的电磁理论 3-1 光与电磁波谱

19世纪后半叶，麦克斯韦发展了法拉弟等人的电磁理论思想，建立了电磁波的概念。1865年，麦克斯韦在他发表的论文《电磁场的动力理论》中，从基本方程组导出了波动方程，并据此从理论上得出真空中电磁波的传播速率为实验中测得的真空中的光速c完全相等。由此得出

这与从

上式就是著名的麦克斯韦

公式，电磁波是变化的电磁场在空间的传播，它实质上就是变化的电磁场的一种存在形式。由于电磁场本身就是一种物质

3-2 光的速率

同所有电磁波一样，光在真空中以恒定的速率c(=3′108m/s)传播。光速(velocity of light)的这一理论值首先是麦克斯韦从电磁理论中得出，而实验上则有许多人用各种不同的方法进行了测定。 3-3 人们对光速的认识过程

由于光这种物质的特殊性，历史上，人们对光速的认识也是历经坎坷。二十世纪初，爱因斯坦提出了光速不变原理，这既是人类对光的本性认识的又一次质的飞跃，也导致

了物理学重大理论——相对论的诞生。牛顿力学中的相对运动关系 并不是普遍适用的，它只能在u￠<

参考文献：<<光学>>课本

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