光学发展史的五大阶段
光学发展史论文
《光学发展史论文》【摘要】光学发展史主要可分为五大阶段：萌芽→几何光学→波动光学→量子光学→现代光学，而量子光学时期的主要代表科学家为爱因斯坦、麦克斯韦以及普朗克。
本文重点介绍爱因斯坦的生平简介。
【关键词】光学发展量子光学爱因斯坦简介【正文】爱因斯坦Albert Einstein (1879～1955)20世纪最伟大的理论物理学家。
1879年3月14日生于德国乌尔姆的一个德籍犹太人家庭。
他少年时代就对自然科学，特别对数学感兴趣。
1900年由苏黎世工业专门学校毕业后到伯尔尼专利局当一级职员。
1909年后担任苏黎世大学、布拉格大学等校教授。
1913年回到德国，被选为普鲁士科学院院士，并担任威廉物理研究所所长和柏林大学教授。
1933年因受纳粹政权的迫害而迁居美国成为普林斯顿研究所的研究员。
1940年加入美国籍。
爱因斯坦对物理学的贡献极大。
首先，他发展了普朗克的量子论，提出了光量子的概念，并用量子理论解释了光电效应、辐射过程和固体的比热等，得出了光电效应的爱因斯坦方程。
他因此而获得1921年度的诺贝尔物理学奖。
其次，他创立了相对论。
1905年爱因斯坦在著名论文《论运动物体的电动力学》中，揭示了狭义相对论的基本理论，即相对性原理和光速不变原理。
1916年又发表了《广义相对论原理》，包括广义相对性原理和等效原理。
爱因斯坦相对论的建立是人类对自然认识过程的一个飞跃。
相对论所预言的水星近日点的进动、恒星光谱线红移和经过太阳附近的光线弯曲三个效应，都已得到圆满的解释和证实。
另外，1905年爱因斯坦在其《物体的惯性是否决定于它所含的能量》的论文中提出质量和能量是可以互相转换的，并给出著名的爱因斯坦质能关系式。
这个公式成为人们研究释放原子核能的钥匙。
此外，爱因斯坦还用原子论解释布朗运动。
爱因斯坦的后半生致力于“统一场论”的研究，试图把电磁场和引力场统一起来，但未取得重大成果。
爱因斯坦一生经历两次世界大战，他反对帝国主义战争，谴责日本帝国主义对中国的侵略。
第四章 光学的发展
斯涅耳像
➢ 1637年，法国哲学家、数学 家、物理学家笛卡儿（René Descartes，1596-1650）将 坐标几何学应用到光学研究 上，发表了《屈光学》，给 出了折射定律的一般表达式 。他没有做实验，而是从一 些设想出发，用小球的运动 来阐述光的折射，从理论上 推导了折射定律。
第四章 光学的发展
➢ 笛卡儿模拟了雨滴受阳光照射而形成彩虹的实验，随 后又用三棱镜做了实验，发现彩色的产生并不是由于 进入媒质深浅不同所造成，但是他未能作出进一步的 分析。
➢ 1666-1704 年间，牛顿完成 了色散实验，并 用色散原理解释 了天界神秘而瑰 丽的彩虹。
不同颜色的 光具有不同的折 射性能。
第四章 光学的发展
第四章 光学的发展
➢ 胡克：认为发光体所发出的光在均匀介质中向四 周传播，并用波动说解释了薄膜色彩的成因。
➢ 惠更斯：发展了胡克的 波动思想，提出光是发 光体中微小粒子的振动 在以太中的传播现象。 他给出了光速有限的结 论，惠更斯原理更明确 地论证了光是一种波动 ，还可以用来解释波的 衍射。
惠更斯像
笛卡儿像
➢ 1662年，法国律师和业余数 学家费马（Pierre de Fermat，1601-1665）采用 极值思想推导了折射定律。 他用求极值的方法解决了光 在折射过程中的传播路径问 题，而且认为，光在密度大 的介质中传播速度一定小于 密度小的介质，这和后来惠 更斯的光波动理论得出的结 果一样。
第四章 光学的发展
19世纪光的波动说的两个英雄：
➢ 托马斯·杨（Thomas Young，1773-1829）
托马斯·杨像
托 马 斯 · 杨 ， 1773 年 6 月 13 日出生于英国米尔沃 顿，出生时正值知识革命的尾 声。2岁时就能流利地进行阅 读，9岁时已经能够自制一些 简单的物理仪器，14岁时通过 自学掌握了牛顿的微分法，16 岁时通晓了拉丁文和希腊文， 还掌握了其他8种古典和现代 语言，18岁时被许多人公认为 有造诣的学者。
光学发展简史
课程名称：光学主讲教师：王丹专业班级： 14光电学号 201430320311 姓名谢宇成绩：光学发展简史摘要：光学是一门古老的科学，从远古时期就已经开始有人研究光的学问；光学也是一门实用的科学，我们日常生活中的许多设备，技术都离不开光学的应用。
回顾光学的发展史，更有利于学习和把握光学这门有趣的科学。
关键词:光学科学学习发展史光学的发展，大体上可以分为五个时期——萌芽时期，几何光学时期，波动光学时期，量子光学时期和现代光学时期。
在萌芽时期，主要进行简单光学元件的制造和基础光学原理的研究。
在此时期，先秦典籍已经记载了影的定义和生成，光的直线传播性和针孔成像等光学原理[1]；这之后，西方的欧几里得研究了光的反射，叙述了光的反射角等于入射角。
在11世纪，阿拉伯学者伊本·海赛木首次提出视觉是由物体发生的光辐射线引起的[2]。
14世纪，波特研究了成像暗箱,即小孔成像原理。
从15世纪末到16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相继出现，对光学的研究即将到达一个峰点——几何光学。
紧接着的几何光学时期，是光学真正成为一门科学的时期。
从公元1590年到十七世纪初，詹森和李普希同时独立发明了显微镜。
在1608年，荷兰的李普塞发明了第一架望远镜。
光学仪器的相继问世，给光学的研究插上了助推器。
17世纪初，开普勒创设大气折射理论，提出天体望远镜原理。
从15世纪中叶到17世纪，斯涅耳和笛卡尔、费马等经过一系列研究总结出的光的反射定律和折射定律，基本奠定了几何光学的基础。
此后，在十七世纪中后叶，牛顿发现太阳光折射光谱和“牛顿环”，创立了光的“微粒说”[3]。
但从17世纪开始，光的直线传播原理已经不能解释一些实验现象：意大利人格里马首先观察到了光的衍射现象，接着，胡克和波意耳独立地研究了薄膜所产生的彩色条纹干涉。
自此，光学即将步入波动时期。
接下来的波动光学时期初步形成于19世纪。
虽然在1690年，惠更斯就提出了光的波动说，建立惠更斯原理[4]。
光学发展简史
光学发展简史引言概述：光学作为一门研究光的传播、反射、折射等现象的学科，具有悠久的历史。
本文将从光学的起源开始，分五个部分介绍光学的发展历程，包括古代光学、光的波动理论、光的粒子性质、光学仪器的发展和现代光学的应用。
一、古代光学1.1 古代光学的起源古代光学的起源可以追溯到公元前4000年的埃及和美索不达米亚地区，人们开始观察到光的传播和反射现象。
1.2 古希腊的光学理论古希腊时期，光学开始形成理论基础。
毕达哥拉斯提出了光是由小粒子组成的粒子理论，而柏拉图和亚里士多德则认为光是由视觉器官发出的一种特殊物质。
1.3 古代光学的应用古代光学的应用主要集中在光的反射和折射方面，如太阳能的利用和镜子的制作等。
二、光的波动理论2.1 光的波动理论的提出17世纪，荷兰科学家胡克和惠更斯提出了光的波动理论，认为光是一种波动现象。
2.2 光的干涉和衍射现象波动理论的提出解释了光的干涉和衍射现象，如杨氏双缝干涉和菲涅尔衍射。
2.3 光的波动理论的发展随着时间的推移，光的波动理论逐渐完善，电磁理论的发展进一步加深了对光的波动性质的理解。
三、光的粒子性质3.1 光的粒子性质的提出19世纪末，德国物理学家普朗克提出了光的粒子性质，即光量子假设。
3.2 光的粒子性质的实验证据爱因斯坦在1905年提出了光电效应理论，证实了光的粒子性质。
3.3 光的粒子性质的发展量子力学的发展进一步深化了对光的粒子性质的认识，光子的概念得到了广泛的应用。
四、光学仪器的发展4.1 望远镜的发明17世纪，伽利略发明了望远镜，使人们能够观测到更远的天体。
4.2 显微镜的发明17世纪，荷兰科学家安东尼·范·李文虎克发明了显微镜，使人们能够观察微观世界。
4.3 激光的发明20世纪，激光的发明开创了新的光学领域，广泛应用于科学研究、医学、通信等领域。
五、现代光学的应用5.1 光纤通信光纤通信是现代光学的重要应用之一，具有高速传输、大容量等优势。
现代光学的发展历程
现代光学的发展众所周知，因为有了光，人们才能看见这个色彩斑斓的世界，才能在这世界上生存。
因此在我们的生活中有许许多多的光现象及其应用的产生。
无论是建造艺术，还是雕塑、绘画及舞蹈艺术等众多领域都离不开光的存在，也因为有了光的存在，使其更加的炫目夺人。
那么，光在于现代是如何发挥它对人类的作用的呢？而光又是如何发展成为现代光学呢？20世纪中叶随着新技术的出现，新的理论也不断发展，由于光学的应用十分广泛，已逐步形成了许多新的分支学科或边缘学科。
几何光学本来就是为设计各种光学仪器而发展起来的专门学科，随着科学技术的进步，物理光学也越来越显示出它的威力，例如光的干涉目前仍是精密测量中无可替代的手段，衍射光栅则是重要的分光仪器，光谱在人类认识物质的微观结构(如原子结构、分子结构等)方面曾起了关键性的作用，人们把数学、信息论与光的衍射结合起来，发展起一门新的学科——傅里叶光学把它应用到信息处理、像质评价、光学计算等技术中去。
特别是激光的发明，可以说是光学发展史上的一个革命性的里程碑，由于激光具有强度大、单色性好、方向性强等一系列独特的性能，自从它问世以来，很快被运用到材料加工、精密测量、通讯、测距、全息检测、医疗、农业等极为广泛的技术领域，取得了优异的成绩。
此外，激光还为同位素分离、储化，信息处理、受控核聚变、以及军事上的应用，展现了光辉的前景。
光学是物理学的一个分支, 是一门古老的自然学科, 已经有数千年发展历史。
在十七世纪前后, 光学已初步形成了一门独立的学科。
以牛顿为代表的微粒说和与之相应的几何光学；以及以惠更斯为代表的波动说和与之相应的波动光学构成了光学理论的两大支柱。
到十九世纪末, 麦克斯韦天才地总结和扩充了当时已知的电磁学知识, 提出了麦克斯韦方程组, 把波动光学推到了一个更高的阶段。
然而, 人们对光的更进一步的认识是与量子力学和相对论的建立分不开的。
一方面, 十九世纪及其以前的光学为这两个划时代的物理理论的建立提供了依据。
物理学史——第四章光学的建立与发展
由于波动说缺乏数学的严密性，理论尚未完善—纵波观点 和未考虑波面上各点之间的相互干涉，再加上牛顿力学节节 胜利，以符合力学规律的粒子行为来描述光学规象被认为是 惟一合理的理论。18 世纪微粒说占了上风。
三 波动说的复兴
19 世纪初光的波动说迎来了复兴的春 天，这首先归功于英国科学家托马 斯 ·杨（T. Young，1773-1829）。
疑问： 色散是不是由于光 和棱镜相互作用，或是 由于其他原因？比如： 由于棱镜的不平或其他 偶然的不规则性？牛顿 又作了以下实验：
②目的：排除棱镜不平等因素造成的颜色的分散
他拿三个棱镜作实验，三个棱镜完全相同，只是放置方 式不同，如下图。如果色散是由于光线和棱镜的作用 引起的，经过第二和第三棱镜后，这种色散现象应进 一步加强。显然实验结果不支持这一观点。
三.光学仪器的研制
1.1299年由意大利人阿玛蒂发明并 制造了眼镜。 2.1608 年，荷兰人李普塞（ Hans Lippershey)制成第一台望远镜:
凸透镜作物镜，凹透镜作目镜
3.伽利略改进成放大32倍，随后又 制成放大1000倍的望远镜。
4.1611 年开普勒设计了用两 个凸透镜构成的天文望 远镜，即 开普勒望远镜。 第一台开普勒望远 镜由天文学家沙伊纳于 1613～1617年制造。
§3. 光速的测定
光速是物理学中最重要的基本常数之一，在光学和物理学 的发展历史上，光速的测定，一直是许多科学家为之探索的课 题。许多光速测量方法那巧妙的构思、高超的实验设计一直在 启迪着后人的物理学研究。 一、 伽利略测量光速的方法 关于光是否以有限的速度传播，在伽利略以前的人们一直有 不同的看法。伽利略第一个坚持光速有限且可以测定。1607年, 他和他的助手曾分别站在两个山头上，用灯闪光方法测定光速， 但实验没有成功。
光学发展史——精选推荐
光学发展史通识学院国际经济与贸易专业代雪梅2012013345摘要：光学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。
光学的发展与我们的生活息息相关，在我们认知这个世界的过程中占据着重要地位。
是不断揭露物理中的各种矛盾到解决各种矛盾。
光学发展史主要可分为五大阶段：萌芽→几何光学→波动光学→量子光学→现代光学。
关键词：萌芽、几何、波动、量子、现代光学引言：光，在我们生活中扮演着重要的角色，他对我们来说既熟悉又陌生。
熟悉的是我们每天接受信息的90%以上都是来源于光，陌生的是我们至今都难以完美的解释什么时光，以及光和时间纠缠在一起的种种问题。
既然光对于人类来说这么重要，那么，从古至今对于光的研究也肯定少不了。
本论文就将深入探讨人类对于光的认识是如何从零一步一步走向今天的成就。
一、光的萌芽。
光学的起源可以追溯到二、三千年前，战国时代哲学家墨翟所著《墨经》中，有关于小孔成像现象、平面镜、凸面镜、凹面镜等等的叙述。
《墨经》中这样纪录了小孔成像：“景到，在午有端，与景长。
说在端。
”“景。
光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下。
足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。
在远近有端，与于光，故景库内也。
”这里的“到”古文通“倒”，即倒立的意思。
“午”指两束光线正中交叉的意思。
“端”在古汉语中有“终极”，“微点”的意思。
“在午有端”指光线的交叉点，即针孔。
物体的投影之所以会出现倒像，是因为光线为直线传播,在针孔的地方，不同方向射来的光束互相交叉而形成倒影。
“与”指针孔的位置与投影大小的关系而言。
“光之人，煦若射”是一句很形象的比喻。
“煦”即照射，照射在人身上的光线，就像射箭一样。
“下者之人也高；高者之人也下”是说照射在人上部的光线，则成像于下部；而照射在人下部的光线，则成像于上部。
于是，直立的人通过针孔成像，投影便成为倒立的。
“库”指暗盒内部而言。
“远近有端，与于光”，指出物体反射的光与影像的大小同针孔距离的关系。
光学发展简史
墨经》 《墨经》光学八条
第一条，叙述了影的定义与生成； 第二条，说明光与影的关系； 第三条，畅言光的直线传播，并用针孔成像来说明； 第四条，说明光有反射性能； 第五条，论光和光源的关系而定影的大小； 第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物 和像的关系。 欧几里德在《光学》中，研究了平面镜成像问题，指出反射 角等于入射角的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识—— 从人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
A、费马（法，1601~1665）：提出了几何光学 、费马（ ）：提出了几何光学 ）： 的基本原理—费马原理 费马原理， 的基本原理 费马原理，由它可导出直线传播定 反射定律、折射定律和面镜、 律、反射定律、折射定律和面镜、透镜成象规律 。 正业是律师、宫庭顾问，主要贡献领域有：解析几何、 正业是律师、宫庭顾问，主要贡献领域有：解析几何、微积 机率论、光学以及数论。尊称他为「业余数学家之王」 分、机率论、光学以及数论。尊称他为「业余数学家之王」 B、牛顿（英，1643~1727）：建立了光是微粒流的微 、牛顿（ ）：建立了光是微粒流的微 ）： 粒学说， 提出了光谱、 粒学说，进行了白光通过棱镜的实 验，提出了光谱、光 颜色等概念，观察并研究了牛顿环。 强、颜色等概念，观察并研究了牛顿环。 C、李普塞：1608，发明并制造了世界上第一台望远镜。 、李普塞： ， D、冯特纳：发明并制造了世界上第一台显微镜。 、冯特纳：
光学发展简史
1、光学
光学是一门研究光（电磁波）的行为和性质，以 及光和物质相互作用的物理学科。
2、光学发展简史 、
萌芽时期： 萌芽时期： 远古至十六世纪初
几何光学时期： 几何光学时期：十六世纪中叶至十八世纪初
光 学
波动光学时期： 波动光学时期：十九世纪初至十九世纪末 量子光学时期： 量子光学时期：十九世纪末至二十世纪初 现代光学时期： 现代光学时期：二十世纪六十年代至今
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斯涅耳 willebrord Snell (1591-1626)
杨氏 Thomas Young (1773～1829)
英国物理学家。 1796 年获哥丁根大学 博士学位。1799年完成双缝干涉实验；1801年 描述散光现象，提出了色觉理论公式。后任皇 家研究院物理教授及皇家学会秘书。在生理学方面也有研究。
菲涅耳 Augustin Jean Fresnel (1788～1827)
荷兰数学家及物理学家。1613年任莱顿大学教授。1617年最 早用三角方法求经度的长度，因而可测地球的大小。1621年发现 光的折射定律，也称斯涅耳定律，可惜末撰写论文发表，只是讲 述此定律。
惠更斯 Christian Huygens (1629～1695)
荷兰物理学家、数学家、天文学家。 生于海 牙。1655 年获法学博士学位。1663年成为伦敦皇 家学会的第一位外国会员。 在力学方面， 惠更 斯于1673年解决了物理摆的摆动中心问题；改进 了用摆来控制的时钟，还发明了测微计。他最重要的贡献是 建立了光的波动学说，打破了当时流行的光的微粒学说，并 提出波面在媒质中传播的规律 ( 惠更斯原理 ) 。他首先发现 了双折射光束的偏振性，并用波动观点作了解释。在天文学 方面，他借助自己设计和制造的望远镜，于1665年发现了土 星卫星—土卫六，以后又观察到土星环。 他在数学方面的贡 献也很大。 著作全集共有22卷。
光学发展史的五大阶段
时期 阶段
实验
理论 代表人物
萌芽 几何 波动 量子 现代
远古-16世纪(简单) 光学元件 Nhomakorabea反射定律
欧几里德 （前33-前275）
17-18世纪
望远镜和 显微镜(合)
折射定律
开普勒/笛卡儿 斯涅耳/牛顿
19世纪
杨氏/马吕斯 光的电磁 杨氏/菲涅耳
波长/声速 理论
马吕斯
19世纪末- 黑体/光电波粒二象性 爱因斯坦/
谷·布拉赫 ( Tyho Brahe，1546～1601)的助手。
开普勒 Johannes Kepler (1571-1630)
1601 年第谷去世， 开普勒继承了第谷的未 竟事业。他利用第谷多年积累的观察资料，进 行了仔细的分析研究，获得了惊人的成果。 1609年，开普勒提出了行星运动的第一定律和 第二定律，即“轨道定律”和 “面积定律”，1618 年又提出了行星运动第三定律，即“周期定律”。 并在1627年完成了鲁道夫天文表，表中列出了 1005 颗恒星的位置。 此外，他还创立了大气折射理论，并根据这一理论提出了天体望远镜 的原理。
牛顿 Isaac Newton (1642～1727)
英国物理学家、数学家、天文学家。1642 年12月25日出生于英国林肯郡。1665年毕业于剑 桥大学，并从1669年起在该校任教30年。1727年 3月20日在伦敦逝世。
他是历史上最伟大的科学家之一，具有多 方面的成就。在力学方面，提出了“力”、“质量”和“动量”的明 确定义，并把它们与伽利略所提出的加速度联系起来，总结了机械运 动的基本定律 ( 牛顿运动定律 ) ，从而创立了经典力学体系，这是人 类对自然的认识的一次飞跃。在天文学方面，他总结出宇宙中普遍适 用的万有引力定律，还于1671年创制了反射望远镜，观察了行星运动， 解释了潮汐现象，预言地球了不是正球体， 并由此说明了岁差现象 等。 在光学方面，主要致力于色散现象和光的本质研究，并于1666 年通过三棱镜对日光的分析，发现了白光是由不同颜色的光构成，成 为光谱分析的基础，并制作了牛顿色盘。1675年观察到光的一种干涉 图样，称为牛顿环。 他创立了光的“微粒说”，这在一定程度上反 映了光的本性，并于1704年出版了《光学》一书。
牛顿 Isaac Newton (1642～1727)
在热学方面，牛顿于1701年发现了冷却定律。 在数学方面，牛顿提出 “流数法” （即今微分学） 建立了二项式定理，并和莱布尼茨同时创立了微 积分学，开辟了数学上的一个新纪元。1687年出 版了科学名著《自然哲学的数学原理》，在这本 书里，他用数学解释了哥白尼学说和天体运动的现象，阐明了运动三 定律和万有引力定律等。牛顿哲学思想属于自发的唯物主义，但却形 而上学地提出所谓绝对时间和绝对空间的观点，他还认为一切行星都 是在某外来的“第一推动力”作用下，由静止开始运动的。晚年埋头 编写以神学为题材的著作。牛顿的很多成就是在25岁前闲居故乡的两 年中完成的（如发明微积分和二项式定理，用棱镜分析日光，思考万 有引力定律等）。1668～1705年他以剑桥大学代表的身份当上了英国 国会议员，1699年被任命为造币厂厂长。1703年起担任伦敦皇家学会 会长（直到逝世），1705年被英国女皇授以爵士称号。逝世以后还以 对国有功的伟人葬于威敏斯特教堂。牛顿终身未婚， 在病笃时有句 名言：“若我比别人更有远见，只因我站在巨人的肩上 ”。为了纪 念他，力的国际制单位就以他的姓氏命名。
20世纪中叶 康普顿效应 物质波 麦克斯韦/普朗克
20世纪中叶 激光/传递 光的 -现代 函数/全息 受激辐射
肖洛等
开普勒 Johannes Kepler (1571-1630)
德国天文学家。生于一个贫民家庭。 1588年进入蒂宾根大学学习神学、数学和 哲学，但对天文学发生了兴趣，在天文学 家迈克尔(Michaelm，1550～1631)的指导 下开始研究哥白尼的天文学。1594年担任 格拉次大学数学教师。1598年迫于天主教徒的惩罚恫吓，离 开家乡，逃到匈牙利。1600年来到布拉格，成为天文学家第
法国物理学家、数学家。1806年毕业于 巴黎工科大学。1823年被选为巴黎科学院院 士。1825年当选为伦敦皇家学会的委员。菲 涅耳主要从事于光的本性的研究。他曾用自 己设计的光的干涉实验，证实了光的波动性，提出了相干条 件，他对惠更斯原理的内容进行了补充和推广，建立了惠更 斯—菲涅耳原理。他在光的偏振及双折射现象方面也有一定 的研究成果，1817年获得英国皇家学会的奖章。著有《光的 衍射》一书。