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光学发展史

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。光学的发展过程是人

类认识客观世界的进程中一个重要的组成部分，是不断揭露矛盾、克服矛

盾，从不完全和不确切的认识逐步走向较完善和较确切认识的过程。它不

少规律和理论是直接从生产实践中总结出来的，有相当多的发现来自长期

的系统的科学实验。因此，生产实践和科学实验是光学发展的源泉。光学

的发展为生产技术提供了许多精密、快速、生动的实验手段和重要的理论

依据；而生产技术的发展，又反过来不断向光学提出许多要求解决的新课

题，并为进一步深入研究光学准备了物质条件。光学的发展大致可换分为5

个时期：一、萌芽时期；二、几何光学时期；三、波动光学时期；四、量

子光学时期；五、现代光学时期。

一、萌芽时期

光学的起源应追溯到远古时代．我国春秋战国之际，墨翟(公元前468~376

年)及其弟子提出了一系列经验规律，因此《墨经》称得上是有关光学知识的最

早记录。《墨经》已记载了小孔成像的实验：“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……”。指出小孔成倒像的根本原因是光的“煦若射”，以“射”来比

喻光线径直向、疾速似箭远及他处的特征动而准确。宋代，沈括在《梦溪

笔谈》中描写了他做过的一个实验，在纸窗上，开一个小孔，使窗外的飞

鸢和塔的影子成像于室内的纸屏上，进一步用物动影移说明因光线的直进

“为窗所束”而形成倒像。西方光学的萌芽是从克莱门德（Clemomedes）

和托勒密（C.Ptolemy,90--168）开始的，他们最先测定了光通过两证介质

免时代入射角和折射角。罗马哲学家塞涅卡（Seneca,前3--65）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

（Alhazen，965--1038）反对欧几里德和托勒密关于眼镜发出光线才能看

到物体的学说，认为光线来自所观察的物体，并且光是以球面形式从光源

发出的；反射和入射线共面且入射面垂直与界面，他研究了球面镜与抛物

面镜，并详细描述了人眼的构造；她首先发明了凹透镜，并对凸透镜进行

了实验研究，所得的结果接近于近代关于凸透镜的理论。培根

（R.Bacon,1214--1294）提出透镜校正视力和采用透镜组构成望远镜的可

能性，并描述了透镜焦点的位置。阿玛蒂（Armati）发明了眼镜。波特

（G.B.D.Porta，1535--1615）研究了成像暗箱，并在1589年的论文《自

然的魔法》中讨论了复合面镜以及凸透镜和凸透镜组的组合。综上所述，

到15世纪末和16世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯

等光学元件已相继出现。

二、几何光时期

十七世纪可以称为光学发展史上的转折点。在这时期建立了光的反射定律和

折射定律，奠定了几何光学的基础。同时为了扩大人眼的观察能力，出现了光学

仪器，第一架望远镜的诞生促进了天文学和航海事业的发展，显微镜的发明使生

物学的研究有了强有力的工具。

荷兰的李普塞在1608年发明了第一架望远镜．开普勒于1611年发表了他的

著作《折光学》，提出照度定律，还设计了几种新型的望远镜，他还发现当光以

小角度入射到界面时，入射角和折射角近似地成正比关系。折射定律的精确公式

则是斯涅耳和笛卡儿提出的。1621年斯涅耳在他的一篇文章中指出，入射角的

余割和折射角的余割之比是常数，而笛卡儿约在1630年在《折光学》中给出了

用正弦函数表述的折射定律。接着费马在1657年首先指出光在介质中传播时所

走路程取极值的原理，并根据这个原理推出光的反射定律和折射定律。综上所述，

到十七世纪中叶，基本上已经奠定了几何光学的基础。

十七世纪下半叶，牛顿和惠更斯等把光的研究引向进一步岁展的道路。1672

年牛顿完成了著名的三棱镜色散试验，并发现了牛顿圈（但最早发现牛顿圈的却

是胡克）。在发现这些现象的同时，牛顿于公元1704年出版的《光学，提出了

光是微粒流的理论，他认为这些微粒从光源飞出来。在真空或均匀物质内由于惯

性而作匀速直线运动，并以此观点解释光的反射和折射定律。

惠更斯反对光的微粒说，1678年他在《论光》一书中从声和光的某些现象

的相似性出发，认为光是在