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澳门银河平台光学发展史
来源:/   作者:澳门银河平台    更新日期:2014-12-15 23:41:46   

一、公元前390年前
我国春秋战国之际,墨翟和他的弟子们记载了关于光的直线传播和光在镜面(凹面和凸面)上的反射等现象,并提出了一系列经验规律,把物和象的位置与大小与所用镜面的曲率联系了起来。

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二、公元50-168年间
克莱门德和托勒密研究了光的折射现象,最先测定了光通过两种介质分界面时的入射角和折射角。培根(R.Bacon,公元1214-1294年)提出用透镜校正视力和采用透镜组构成望远镜的可能性,并描述过透镜焦点的位置。
三、到十五世纪末和十八世纪初
凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件已相继出现。在这时期建立了光的反射和折射定律,奠定了几何光学的基础。荷兰李普塞在1608年发明了第一架望远镜。十世纪初延森(Z.Janssen,1588-1632)和冯特纳最早制作了复合显微镜。1610年伽里略(1564-1642年)用自己制造的望远镜观察星体,发现了绕木星运行的卫星,这给哥白尼关于地球绕日运转的日心说提供了强有力的证据。开普勒(1571-1630年)汇集了前人的光学知识,他提出了用点光源照明时,照度与受照面到光源距离的平方成反比的照度定律。他还设计了几种新型的望远镜,特别是用两块凸透镜构成的开普勒天文望远镜。至于折射定律的精确公式则是斯涅耳(W.Snell,1591-1626年)和笛卡儿(R.Descares,1596-1650年)提出的。接着费马(P.de Fermat,(1601-1665)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,并根据这个原理推出光的反射定律和折射定律。综上所述,到十七世纪中叶,基本上已经奠定了几何光学的基础。意大利人格里马第(F.M.Grimaldi,1618-1663年)首先观察到光的衍射现象,1672-1675年间胡克(R.Hooke,1635-1703年)也观察到衍射现象,并且和波义耳(R.Boyle,1627-1691年)独立地研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹,所有这些都是光的波动理论的萌芽。十七世纪下半叶,牛顿(I.Newton,1642-1727年)和惠更斯(C.Huygens,1629-1695年)等把光的研究引向进一步发展的道路。牛顿还仔细观察了白光在空气薄层上干涉时所产生的彩色条纹—牛顿圈,从而首次认识了颜色和空气层厚度之间的关系。牛顿于公元1704年提出了光是微粒流的理论。他认为这些微粒从光源飞出来,在真空或均匀物质定律,然而在解释牛顿直线运动,并以此观点解释光的反射和折射定律。然而在解释牛顿圈时,却遇到了困难,同时,这种微粒流的假设也难以说明光在绕过障碍物之后所发生的衍射现象。惠更斯反对光的微粒说,认为光是在“以太”中传播的波。惠更斯不仅成功地解释了反射和折射定律,还解释了方解石的双折射现象。这一时期中,在以牛顿为代表的微粒说占统治地位的同时,由于相继发现了干涉、衍射和偏振等光的波动现象,以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了。
四:十九世纪光学的发展
到了十九世纪,初步发展起来的波动光学体系已经形成。杨(T.Young,1773-1829年)和菲涅耳(A.J.Fresnel,1788-1827年)的著作在这里起着决定性的作用。1801年杨氏最先用干涉原理令人满意地解释了白光照射下薄膜颜色的由来和用双缝显示了光的干涉现象,并第一次成功地测定了光的波长。1815年菲涅耳用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理,形成了人们所熟知的惠更斯——菲涅耳原理。1808年马吕(E.L.Malus,1775-1812年)偶然发现光在两种介质界面上反射时的偏振现象。为了解释这些现象,杨氏在1817年提出了光波和弦中传播的波相仿的假设,认为它是一种横波。菲涅耳进一步完善了这一观点并导出了菲涅耳公式。1845年法拉第(M.Faraday,1791-1867年)发现了光的振动面在强磁场中的旋转,提示了光现象和电磁现象的内在联系。1856年韦伯(W.E.Weber,1804-1891年)和柯尔劳斯(R.Koh-Lrausch,1809-1858年)在莱比锡做的电学实验结果,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,即3×108米/秒。麦克斯韦(J.C.Maxwell,1831-1879年)在1865年的理论研究中指出,电场和磁场的改变不会局限在空间的某部分,而是以数值等于电荷的电磁单位与静电单位的比值的速度传播的,即电磁波以光速传播,这说明光是一种电磁现象。这个理论在1888年被赫兹(H.R.Hertz,1857-1894年)的实验证实,他直接从频率和波长来测定电磁波的传播速度,发现它恰好等于光速,至此,就确立了光的电磁理论基础。十九世纪末到二十世纪初,光学的研究深入到光的发生、光和物质相互作用的某些现象,例如炽热黑体辐射中能量按波长分布的,特别是1887年赫兹发现的光电效应。1900年普朗克(1858-1947年)提出了辐射的量子论,认为各种频率的电磁波只能是电磁波(或光)的频率与普朗克常数乘的整数倍,成功地解释了黑体辐射问题。1905年爱因斯坦(1879-1955年)发展了普朗克的能量子假设,把量子论贯穿到整个辐射和吸收过程中,提出了杰出的光量子(光子)理论,圆满解释了光电效应,并为后来的许多实验例如康普顿效应所证实。1924年德布罗意(L.V.de Broglie,1892- )创立了物质波学说。他大胆地设想每一物质的粒子都和一定的波相联系,这一假设在1927年为戴维孙(C.J.Davisson,1881-1958)和革末(L.H.Germer,1896-1971年)的电子束衍射实验所证实。
五、现代光学时期
从本世纪六十年代起,特别在激光问世以后,由于光学与许多科学技术领域紧密结合、相互渗透,一度沉寂的光学又焕发了青春,以空前的规模和速度飞速度飞速发展,它已成为现代物理学和现代科学技术一块重要的前沿阵地,同时又派生了许多崭新的分支学科。 1958年肖络(A.L.Schawlow)和汤斯(C.H.Townes)等提出把微波量子放大器的原理推广到光频率段中去,1960年梅曼首先成功地制成了红宝石激光器。自此以后,激光科学技术的发展突飞猛进,在激光物理、激光技术和激光技术和激光应用等各方面都取得了巨大的进展。同时全息摄影术已在全息显微术、信息存贮、象差平衡、信息编码、全息干涉量度、声波全息和红外全息等方面获得了越来越广泛的应用。光学纤维已发展成为一种新型的光学元件,为光学窥视(传光传像)和光通讯的实现创造了条件,它已成为某些新型光学系统和某些特殊激光器的组成部分。可以预期光计算机将成为新一代的计算机,想象中的光计算机,由于采取了光信息存储,并充分吸收了光并行处理的特点,它的运算速度将会成千倍地增加,信息存储能力可望获得极大的提高,甚至可能代替人脑的部分功能。总之,现代光学与其他科学和技术的结合,已在人们的生产和生活中发挥着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。
六、光的波粒二相性
人们对电磁辐射两重性的认识争论了很久,有两种说法:一是粒子说,把光看成微粒子,认为光与物质相互作用的现象(如吸收、发射、反射等)表明光是具有不连续能量的微粒,光具有粒子性;二是波动说,把光看成一种波,它可以反射、衍射、干涉、折射、散射、传播等,它可用速度、频率、波长等参数来描述,这表明光具有波的性质。到1900年,普朗克提出量子论,把电磁辐射的粒子说和和波动说联系起来,并提出了光量子(光子)能量与电磁辐射的频率有关,其数学表达式为
E=hv=hc/λ
E:辐射的光子能量J
h:普朗克常数
v:辐射的频率
c:光速
λ:波长
从普朗克的理论我们发现:光具有波的性质,同时又具有粒子的性质。

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