光學(xué)發(fā)展簡史

光學(xué)發(fā)展簡史第一頁，共十六頁，2022年，8月28日1、光學(xué)光學(xué)是一門研究光（電磁波）的行為和性質(zhì)，以及光和物質(zhì)相互作用的物理學(xué)科。第二頁，共十六頁，2022年，8月28日2、光學(xué)發(fā)展簡史萌芽時期：遠(yuǎn)古至十六世紀(jì)初幾何光學(xué)時期：十六世紀(jì)中葉至十八世紀(jì)初波動光學(xué)時期：十九世紀(jì)初至十九世紀(jì)末量子光學(xué)時期：十九世紀(jì)末至二十世紀(jì)初現(xiàn)代光學(xué)時期：二十世紀(jì)六十年代至今光學(xué)181720192116世紀(jì)軸遠(yuǎn)古萌芽幾何光學(xué)現(xiàn)代光學(xué)過渡時期：直線傳播占主導(dǎo)，波動理論逐慚形成量子光學(xué)波動光學(xué)第三頁，共十六頁，2022年，8月28日

A、墨翟：在他和其弟子所著的《墨經(jīng)》中，對光現(xiàn)象有八條定性記載對簡單光現(xiàn)象進(jìn)行了記載并做了不系統(tǒng)的研究，制造了簡單的光學(xué)儀器（如平面鏡、凸面鏡、凹面鏡)。⑴正確反映了光的直線傳播規(guī)律

⑵錯誤：人眼能發(fā)出光線B、歐幾里德：

在其著作《光學(xué)》一書中提出

觸須學(xué)說：代表人物和成就：Ⅰ、萌芽時期墨翟（公元前468～376年）歐幾里德（古希臘，公元前330～275年）第四頁，共十六頁，2022年，8月28日《墨經(jīng)》中提出了視覺的3個條件：一是人自身的視覺功能(《墨經(jīng)》稱“明”)；二是視覺對象(《墨經(jīng)》稱“物”)；三是光(《墨經(jīng)》稱“火”)。進(jìn)而正確地指出：人因?yàn)檠劬匆娢矬w(“以目見”），而眼睛則依靠光見物體(“目以火見”)。這說明眼睛本身只是光的接受器官，只有當(dāng)光被物體反射到人的眼睛里后，人才可以看到物體，這是對視覺最早的科學(xué)解釋。而古代西方的一些學(xué)者卻認(rèn)為人的眼睛會發(fā)射某種東西接觸到物體而引起視覺?！赌?jīng)》對視覺的認(rèn)識第五頁，共十六頁，2022年，8月28日①景，光至，景亡；若在，盡古息。②景二：光夾。一光，一。光者（賭）景也。③景，日之光反燭人，則景在日與人之間。

④景，光之人煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足敝下光，故景障內(nèi)也。⑤景，木柂，景短大。木正，景長小。大小于木，則景大于木。非獨(dú)小也，遠(yuǎn)近。⑥臨，正鑒，景寡、貌能、白黑，遠(yuǎn)近柂正，異于光。鑒、景當(dāng)俱就，遠(yuǎn)近去尒當(dāng)俱，俱用北。鑒者之臭無數(shù)，而必過正。故同體處其體俱，然鑒分。⑦鑒，中之內(nèi)，鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠(yuǎn)中，則所鑒小，景亦小。而必正，起于中，緣正而長其直也。中之外，鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠(yuǎn)中，則所鑒小，景亦小。而必易，合于中，而長其直也。⑧鑒，鑒者近，則所鑒大，景亦大；其遠(yuǎn)，所鑒小，景亦小。而必正。景過正，故招?！赌?jīng)》光學(xué)八條第六頁，共十六頁，2022年，8月28日第一條，敘述了影的定義與生成；第二條，說明光與影的關(guān)系；第三條，暢言光的直線傳播，并用針孔成像來說明；第四條，說明光有反射性能；第五條，論光和光源的關(guān)系而定影的大小；第六、七、八條，分別敘述了平面鏡、凹球面鏡和凸球面鏡中物和像的關(guān)系。歐幾里德在《光學(xué)》中，研究了平面鏡成像問題，指出反射角等于入射角的反射定律，但也同時反映了對光的錯誤認(rèn)識——從人眼向被看見的物體伸展著某種觸須似的東西。

《墨經(jīng)》光學(xué)八條第七頁，共十六頁，2022年，8月28日

中國古代的自然哲學(xué)和以原理、定律表現(xiàn)出來的理論性的自然知識是較薄弱的，特別是比古希臘和15世紀(jì)之后的歐洲遜色不少。但在實(shí)用科學(xué)方面，我國在相當(dāng)長的時間里處于世界領(lǐng)先地位，這在我國古代最為發(fā)達(dá)的四大傳統(tǒng)學(xué)科天、算、農(nóng)、醫(yī)中表現(xiàn)更為明顯，如聞名于世的四大發(fā)明都是實(shí)用性的，英國科學(xué)史家李約瑟在他所著的《中國科學(xué)技術(shù)史》的序言中曾公正的評價(jià)說：“中國的這些科學(xué)和發(fā)現(xiàn)往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同時代的歐洲，特別是15世紀(jì)之前更是如此”。不過中國古代的實(shí)用科學(xué)有一個某些人認(rèn)為是缺點(diǎn)的特點(diǎn)，就是缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)證明、理論說明和科學(xué)表達(dá)。中國古代的實(shí)用科學(xué)多為經(jīng)驗(yàn)性的描述。第八頁，共十六頁，2022年，8月28日Ⅱ、幾何光學(xué)時期幾何光學(xué)時期是光學(xué)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，系統(tǒng)研究了光現(xiàn)象和光學(xué)儀器，建立了直線傳播定律、反射定律、折射定律；提出了費(fèi)馬原理、光程、光強(qiáng)、顏色等概念，并觀察了棱鏡光譜等較復(fù)雜的光現(xiàn)象，建立、鞏固和發(fā)展了牛頓微粒學(xué)說。同時，波動理論開始盟芽。代表人物和成就：

A、費(fèi)馬（法，1601~1665）：提出了幾何光學(xué)的基本原理—費(fèi)馬原理，由它可導(dǎo)出直線傳播定律、反射定律、折射定律和面鏡、透鏡成象規(guī)律。B、牛頓（英，1643~1727）：建立了光是微粒流的微粒學(xué)說，進(jìn)行了白光通過棱鏡的實(shí)驗(yàn)，提出了光譜、光強(qiáng)、顏色等概念，觀察并研究了牛頓環(huán)。C、李普塞：1608，發(fā)明并制造了世界上第一臺望遠(yuǎn)鏡。D、馮特納：發(fā)明并制造了世界上第一臺顯微鏡。粒子：Paticle波：wave正業(yè)是律師、宮庭顧問，主要貢獻(xiàn)領(lǐng)域有：解析幾何、微積分、機(jī)率論、光學(xué)以及數(shù)論。尊稱他為「業(yè)余數(shù)學(xué)家之王」第九頁，共十六頁，2022年，8月28日Ⅲ、波動光學(xué)時期建立了光的波動理論，園滿解釋了光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象；通過邁克爾遜干涉儀否定了“以太”的存在；提出并證實(shí)了光的本質(zhì)就是電磁波C、菲涅耳（法，1788~1827）：利用楊氏干涉原理補(bǔ)充惠更斯原理而提出了惠更斯-菲涅耳原理，園滿解釋了光的直線傳播定律和衍射現(xiàn)象。建立了菲涅耳公式。在牛頓物理學(xué)中打開了第一個缺口，為此，他被人們稱為“物理光學(xué)的締造者”。D、馬呂斯（

法，1775~1812）：發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象，建立了馬呂斯定律，研究了偏振光的干涉。代表人物和成就：B、楊氏（英，1773~1829）：最先利用干涉原理解釋了白光下的薄膜顏色，設(shè)計(jì)并完成了著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，并第一次成功地測定了光的波長。提出了光是橫波的假設(shè)。主要貢獻(xiàn)：楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)，楊氏模量，視覺和顏色，醫(yī)學(xué)，語言學(xué)，埃及象形字A、惠更斯（荷蘭，1629~1695）：光的波動理論的創(chuàng)始人，提出了“光是‘以太’中傳播的波動”理論和次波假設(shè)（惠更斯原理）。并園滿解釋了反射、折射定律和雙折射現(xiàn)象。E、麥克斯韋（

英，1831~1879），赫茲(德，1857~1894)第十頁，共十六頁，2022年，8月28日黑體輻射問題：普朗克(德,1858~1947)解釋光電效應(yīng)：愛因斯坦(美,1879~1955)德布羅意（法，

1892～1989）提出物質(zhì)波假說，戴維孫與革末的電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)電子具有波動性實(shí)物粒子與光一樣具有波（Wave）、粒（Particle）二象性X射線散射實(shí)驗(yàn)：康普頓(美,1892~1962

)發(fā)現(xiàn)經(jīng)典電磁理論在研究光與物質(zhì)的相互作用時的缺點(diǎn)，建立了光的量子理論，園滿解釋了黑體輻射、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)現(xiàn)象；提出了光的波粒二象性。Ⅳ、量子光學(xué)時期第十一頁，共十六頁，2022年，8月28日Ⅴ、現(xiàn)代光學(xué)時期自1960年梅曼（美，1927~2007）制成第一臺紅寶石激光器，光學(xué)進(jìn)入了新的發(fā)展階段，激光物理、激光技術(shù)、全息攝影術(shù)、光纖的應(yīng)用、光腦的設(shè)想、紅外波段的應(yīng)用，非線性光學(xué)等，派生了許多嶄新的分支學(xué)科。第十二頁，共十六頁，2022年，8月28日研究尺度量子光學(xué)波動光學(xué)幾何光學(xué)380nm760nm以光本質(zhì)上是一種波長較短的電磁波為基礎(chǔ),采用簡諧振動中的正弦(或余弦)規(guī)律來描述,研究光的波動性以光線的概念為基本觀點(diǎn),采用幾何方法來研究,只研究光傳播的幾何規(guī)律以光本質(zhì)上是一份一份的能量子——光子為基礎(chǔ),采用波函數(shù)描述第十三頁，共十六頁，2022年，8月28日光學(xué)工程力學(xué)電磁學(xué)熱力學(xué)光學(xué)機(jī)械工程電氣工程動力工程光學(xué)工