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第12章 人类对光的本性的认识过程

(1)光的微粒说光是由亿万个光子或"微粒"组成的,光子由发光体向各个方向射出好象一颗不断爆炸的炸弹的碎弹片。

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。”伟大的牛顿支持微粒说。他觉得,波有衍射现象,但光是沿着直线传播的,又有谁见过光拐弯呢?所以他相信微粒说

(2)光的波动说:胡克:“光必定是一种振动。”荷兰物理学家惠更斯发展了胡克的思想,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。

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。

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,解释了光的衍射想象。1808年,法国的马吕斯发现偏振现象,并认为找到了决定性的证据,证明光的波动理论与事实矛盾。

(3)光的量子说

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。

(4)现代光学的发展:

电磁波的发现:麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在,并于1873年出版了专著——《电磁学通论》。1888年赫兹用实验首次证明了电磁波的存在。赫兹的发现具有划时代的意义,它不仅证实了麦克斯韦的预言,更重要的是导致了无线电的诞生,开辟了电子技术的新纪元。

电磁波谱:

自从1888年赫兹通过一系列实验证实了电磁波的存在之后,时至今日,不仅证明了光波是电磁波,而且证明了红外线、紫外线、X射线、g射线等均是不同频率范围内的电磁波。

激光的发现:

爱因斯坦于1916年预言过的原子和分子的受激辐射,并且创造了许多具体的产生受激辐射的技术即激光。

1960年,梅曼用红宝石制成第一台可见光的激光器;同年制成氦氖激光器;1962年产生了半导体激光器;1963年产生了可调谐染料激光器。

目前光学信息处理、非线性光学正蓬勃发展。