光学发展史精品课件

1、光学发展史第1页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一西方也很早就有光学知识的记载欧几里得(公元前约330一260)的反射光学研究了光的反射。阿拉伯学者阿勒哈增(ALHaMn，965-1038)写过一部光学全书，讨论了许多光学现象。光学的发展历史第2页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一1.1299年，发明了眼镜。意大利人阿玛蒂制造 了眼镜。2.1608年，荷兰人李普塞制成第一台望远镜， 伽利略改进成放大32倍的望远镜。3.几乎与望远镜同时，荷兰人发现制造了显微 镜。 光学仪器的研制光学的发展历史第3页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一二、

2、几何光学时期：光学真正形成一门学科，应该从建立反射定律和折射定律得时代算起，这两个定律的建立奠定了几何光学的基础。光学的发展历史第4页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一阿拉伯学者阿勒.哈增（965-1038）发现这一结论与事实不符。光的折射定律建立的历史过程托勒密早在古希腊时代，天文学家托勒密（约公元100年170）就 曾专门做过光的折射实验，并得出了“折射角与入射角成正比”的结论。17世纪初期，1611年，开普勒对光的折射问题上进行了实验研究第5页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一斯涅耳的这一折射定律（也称斯涅耳定律）是从实验中得到的，未做任何的理论推

3、导，虽然正确，但却从未正式公布过只是后来惠更斯和伊萨克沃斯两人在审查他遗留的手稿时，才看到这方面的记载光的折射定律建立的历史过程折射定律的正确表述最早是由荷兰的斯涅耳(W.Snell，15801626)于1621年通过实验得到的。第6页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一笛卡儿，他没做任何的实验，只是从一些假设出发，并从理论上推导出这个定律的 。为了使理论结果与实验数据相符，他还必须假设密媒质光速比疏媒质大。现在看来这个假设显然都是错误的。 笛卡尔的推导受到了费马（PierrFermat，1601-1665）的批评。1661年，费马将数学方法用于折射问题，推出了折射定律，得到

4、了正确的结论。 光的折射定律建立的历史过程第7页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一科学过程，是人类一代代探知外在客观、探知各种规律的一个永无止境的过程，是一个后人不断补充、不断修正乃至推翻前人认识的不断进取的过程。第8页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一从17世纪以来，展开了关于光的本性的认识研究。其中以牛顿为代表的光的微粒说和以荷兰科学家惠更斯为代表的波动说最为重要。这两种学说的争论一直持续到20世纪初，爱因斯坦把光的微粒说与波动说在新的层次上统一起来，提出了光具有波粒二象性，并为世人所公认。三、波动光学时期：第9页，共21页，2022年，5月20日，

5、3点50分，星期一 光的微粒说1704年，牛顿：“光是一种细微的大小不同的而又迅速运动的粒子。” 光的波动说荷兰物理学家惠更斯发展了胡克的思想，惠更斯像胡克：“光必定是一种振动。”他进一步提出光是发光体中微小粒子的振动在弥漫于宇宙空间的以太中的传播过程。光的传播方式与声音类似，而不是微粒说所设想的像子弹或箭那样的运动。第10页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一早期的波动理论缺乏数学基础，还很不完善，而牛顿力学正节节胜利。以符合力学规律的行为来描述光学现象，被认为是唯一合理的理论，因此，直到18世纪末统治地位的依然是微粒学说。第11页，共21页，2022年，5月20日，3点5

6、0分，星期一19世纪光的波动说的两个英雄： 托马斯杨(1773-1829)：英国人，是一位想象力异常丰富的博学通才。1799年在剑桥大学完成学业，获医学学位。它对眼睛生理学、解剖学和对颜色的视觉很有研究。因涉及到人眼对颜色的视觉研究，故他对光学，尤其光的波动学说感兴趣。 1802年设计了杨氏双缝实验，证明了光的干涉现象。 菲涅耳(1788-1827) ：法国工程师。完善了惠更斯理论， 提出了子波相干的思想，解释了光的衍射现象 。 第12页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一托马斯杨(1773-1829)的贡献杨氏双缝干涉：1802年英国物理学家托马斯杨设计了杨氏双缝实验，证明

7、了光的干涉现象。第13页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一面对牛顿如日中天的气势，杨以不唯名的勇敢精神说：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并非因此认为他是百无一失的。我遗憾地看到他也会弄错，而他的权威有时或许阻碍了科学的进步。”小插曲：托马斯.杨由于提出干涉原理受到了一些权威学者的围攻，其中有一位以牛顿学术权威自居的布劳安攻击得最为刻薄，说他的文章没有任何价值，称不上是实验，干涉原理是荒唐和不合逻辑的，一二十年，竟没有人理解他的工作，为回驳布劳安专门撰写的论文竟无处发表，只好印成小册子，小册子出版后，只卖出一本。第14页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一菲涅

8、耳(1788-1827)的贡献1819年，菲涅尔和阿喇戈联名发表了关于偏振光的相互作用菲涅耳的理论泊松的计算阿喇戈的实验找到了有利于波动说的泊松亮点。发展了惠更斯和托马斯.杨的波动理论，成为物理光学的缔造者，开创了光学研究的新阶段。光的波动说战胜粒子说被普遍接受在1818年法国科学院悬赏征文：1.利用精密的实验确定光线的衍射效应2.根据实验用数学归纳推导出光线通过物体附近 时的运动情况。第15页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一 菲涅耳荣获了这一届的科学奖，而后人却戏剧性地称这个亮点为泊松亮斑。 菲涅耳开创了光学的新阶段。他发展了惠更斯和托马斯杨的波动理论，成为“物理光学的

9、缔造者”。 图3激光器小钢珠和载波片屏幕图2图1小钢珠盖玻片金属片第16页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一光是以光速 c 运动的微粒流，称为光量子（光子）光子的能量四、量子光学时期20世纪初，爱因斯坦把光的微粒说与波动说在新的层次上统一起来，提出了光具有波粒二象性,并为世人所公认。第17页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一 从光学发展史可以看出，光的干涉、衍射、偏振等现象证实了光的波动性，而黑体辐射、光电效应和康普顿效应等又证实了光的微粒性，光具有“波粒二相性”（Wave-particle duality）。光在传播的过程中主要表现出波动性，而在与物质

10、相互作用时主要表现出微粒性。第18页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一量子光学应用第19页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一光纤通信光纤通信中信息的载体是光波，传输媒质是光纤，从而将信息从一端传向另一端。频率越高所能传播的线路越多。无线电通讯 ：3MHZ30MHZ 可传100套广播； 300MHZ3105MHZ可传1105套广播。激光通讯：频率达1014Hz，可传108套广播。激光的传输速率每秒622兆比特，比电传输速率（每秒几万比特）高几个数量级。五、现代光学时期：第20页，共21页，2022年，5月20日，3点50分，星期一1966年由英籍华人高锟提出创意。1967年，光通过100米的玻璃丝，光能只剩百亿分之一。1970年美国康宁公司马瑞尔、卡普隆、凯克研制出了第一根实用的光纤。1985年，全世界光纤线路已达4