1。1。2几何光学时期来自优I尔Y论S文C网WWw.YoueRw.com 加QQ7520~18766

十七世纪初荷兰人李普赛制造出了第一台望远镜。在1610 年，著名意大利数学家、科学先驱伽利略发明出了望远镜，并且用它观察了天体的运行。德国杰出的天文学家、物理学家开普勒在1611年发表文章《折光学》，阐述了折射原理，为他最终制作开普勒天文望远镜奠定了基础。1630 年荷兰杰出的数学家、物理学家斯涅尔通过多次实验最终总结出光的折射定律，之后法国著名数学家笛卡尔（Descartes）进一步完善了光的折射定律。１６５５年，英国学者虎克设计制造了首架光学显微镜。望远镜、显微镜等的发明和折射定律的发现标志着光学由萌芽时期发展到几何时期。

 如果我们想要在几何光学领域探索和研究光的传播那么就一定要用到光线的概念。光线的定义为在波长趋于零的极限下能量的传播途径。由于光波长具有10-5cm的数量级，这与透镜反射镜等通常的光学仪器的尺寸相比非常小，从而在很多应用中可以忽略波长的有限大小。在这种近似下的光学领域被称为几何光学。1657年，费马（Fermat）提出了著名的费马原理。他指出：光在任何一种介质中从一点传播到另一点，沿所需时间最短的路径传播[1]。由此原理可以证明光的折射和反射定律。光的折射定律：n1sinθ1=n2sinθ2，其中n1和n2分别是介质1和介质2的折射率；光的反射定律：反射角等于入射角。费马这一重要原理的提出标志着光学发展发生了转折，奠定了几何光学的基础，此后人们对光学的研究和探索形成了一门独立的学科。 1675 年，牛顿提出假设，认定光是从光源中发出的并且以某一速度传播的微小粒子。这一理论可以解释光是按直线传播和反射定律、折射定律，但它不能诠释为什么几束在空间中交错的光线能彼此之间互不相扰而独自传播，以及为何光线并不是一直沿着直线向前传播，而是能够越过障碍物的边沿传播。荷兰物理学家惠更斯在1678年发表的《光论》中，把光现象和声现象作比较发现它们有很多相似之处，于是它认为光是机械波，由光源产生振动引起并且它的传播需要依靠某种叫做“以太”的弹性媒介。关于如何解释“以太”，惠更斯解释道它是一种富有弹性的媒介，并且到处都充斥着这种媒介，这就是惠更斯的波动说。1690年，惠更斯为了解释光在空间中的传播规律，做出了一个假设：在行进的波阵面上的任意一点都可以看作一个新的次波源，发出球面子波，而从波阵面上各点发出的许多次波形成的包络面，就是原来的波面在一定的时间内所传播到的新波面。他这一假说通常被称为惠更斯原理。惠更斯成功地推导出了光的折射和反射定率，并且说明了衍射现象的存在，但是不能确定光波通过圆孔后沿不同方向传播的振幅大小，因而也无法确定衍射图样中的光强大小分布。在惠更斯的理论中也有很多不足之处，其中并未涉及到周期与波长的定义，仍然停留在几何光学的范畴中。十七世纪以来，微粒说与波动说的争辩达到了相当激烈的地步。在十八世纪，微粒论几乎统治着科学界，直到十九世纪初，波动论开始重新活跃起来。两种不同的理论相互争执相互影响推动着光学的发展，到此时光学已经开始慢慢逐渐过渡到波动光学时期。

1。1。3波动光学时期

十九世纪初，惠更斯 －菲涅耳原理的提出，意味着波动光学的初步形成。1801年，托马斯·杨巧妙地设计了一个简单的双孔干涉实验诠释了光的干涉现象，首次肯定了光的波动性。他把单个波前分割成两个波前，使得这两个波前如同是由两个有恒定相位关系的光源发出的一样，因此，当这两个波前发生干涉时，就可以得到稳定的干涉图案。在实际的实验中，用一个光源照亮小孔S，由这个小孔发散出的光透射在两个小孔S1和S2的屏幕上，S1和S2距离很近且与S等距。所以由S1和S2发出的球面波具有相干性，所以在屏幕上得到了明暗相间的干涉条纹。之后在他的论文中以干涉原理为基础，建立了新的波动理论，解释了薄膜显示的彩色，并将色彩与波长联系起来计算出了牛顿所辨识出的其中色彩对应的大致波长。在1817年面对波动说与光的偏振现象矛盾时，杨提出假设光是一种横波，从而说明了光的偏振现象。1815年，菲涅耳在惠更斯原理的基础上补充了“子波相干叠加”的思想，发展补充得到了惠更斯¬——菲涅耳原理。它说明了光在各个方向同性介质中的直线传播和光的衍射现象，得出菲涅耳公式。到了1821年，菲涅耳通过数学方法，证明了只有光波是横波才能解释偏振现象。到此为止，光的波动理论能够解释光的直线传播、光的干涉、衍射和偏振现象。因此，在十九世纪初光的波动理论最终被大家所接受。论文网