光学发展史的五大阶段

《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。

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。

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。

光学发展简史光学是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的学科之一。

随着人类对自然的认识不断深入，光学的发展大致经历了萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等5个时期萌芽时期：中国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。

人们对于光的直线传播、视觉和颜色、光的反射和镜的利用、对大气光学的探讨、关于成影成像现象的认识。

在西方：● 克莱门德和托勒密研究了光的折射现象；● 罗马哲学家塞涅卡指出充满水的玻璃泡具有强大功能；从阿拉伯的巴斯拉来到埃及的学者阿尔哈雷认为光线来自所观察的物体，并对球面镜、抛物面镜和人眼构造进行了研究； ● 14世纪，波特研究了成像暗箱；● 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。

几何光学时期（光学发展史上的转折点）： 时期概况：建立了光的反射定律和折射定律，奠定了集合光学的基础，同时为了提高科研能力，人们发明了光学仪器（望远镜和显微镜）；● 1608年，荷兰的李普塞发明了第一架望远镜。

● 从十五世纪开始一直到十七世纪中叶，开普勒、斯涅耳和笛卡尔、费马经过一系列的研究，推出了光的反射定律和折射定律，基本奠定了几何光学的基础。

托勒密 成像暗箱 古代铜镜第一架望远镜● 十七世纪开始，光的直线传播这一基础受到了冲击：意大利人格里马首先观察到了光的衍射现象，接着胡克也观察到了这一现象，并和波意耳独立地研究了薄膜所产生的彩色条纹干涉，光的波动理论从此萌芽。

● 1672年，牛顿完成了著名的三棱镜色散实验，发现了牛顿圈（但最早观测到牛顿圈的是胡克），并从牛顿圈现象中确定了光是具有周期性的。

1704年，牛顿提出了光是微粒流的理论，并以此观点解释光的反射和折射定律，但却难以说明牛顿圈和光的衍射现象。

波动光学时期：● 十七世纪初，托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。

● 1818年，菲涅耳以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，形成了如今人们熟知的惠更斯-菲涅耳原理，可以圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。

光学发展的五大历史时期
（一）光学发展的5个时期：
1、萌芽时期——最早是公元前5世纪墨子（墨翟）的《墨经》中还记载了丰富的几何光学知识。

墨子做了世界上第一个小孔成像的实验。

2、几何光学时期——荷兰人斯涅耳最早提出折射定律，由法国数学家费马（1601-1665）提出费马原理、予以确定。

使几何光学理论很快发展，以牛顿的微粒说为代表。

3、波动光学时期——以惠更斯的波动说为代表。

4、量子光学时期——以爱因斯坦的光子说为代表。

5、现代光学时期——以全息术、激光为标志。

（二）光学发展的特点：光学既是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的前沿阵地，具有强大的生命力和不可估量的前途——光子时代。