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光学的发展可追溯到古代,在古中国和古希腊的典籍中,我们可看到古人对光的直线传播和反射等问题的观察和思索的成果。17世纪光的反射定律和折射定律的建立为几何光学奠定了基础。光的本性早在古希腊时代就成为先贤们争论的课题,17世纪以来微粒说和波动说的争论成为光学发展的主线和动力。
近代几何光学的成就与欧洲发达的玻璃业密切相关,它为光学仪器的发明创造了条件,而光学仪器的发展又为人们提供了新的实验事实,促进了光学理论的进步。
1.古罗马学者托勒密对光的折射现象进行了实验研究,并得出结论:折射角和入射角成正比。2.开普勒的工作:1611年根据其对光的折射的系统的研究写了《屈光学》一书,该书记载了两个实验。
第一个实验是比较入射角和折射角:如图,让阳光LMN斜射到竖直屏DBC上,BC边缘在水平底座投下阴影HK;另一部分从光线则从DB射进一玻璃立方体中,在水平底座投下阴影IG。
第二个实验是:用一个圆柱形玻璃,令光线沿S和S入射,通过圆柱中心的光线S1方向不变,和圆柱边沿相切的光线S偏折212最大,并发现最大偏折角约为42。0
令AB为玻璃与空气的分界面,如图。光线从空00×2=84的锥形MON。00
3.荷兰数学家斯涅耳,从实验得到准确的折射定律。
?图斯涅耳
4.笛卡儿的工作赋予折射定律以现代形式,1837年发表《方法论》。他用粒子说来解释光的反射和折射。他将空气和其他介质(如玻璃或水)的界面看作是一层很脆薄的布,设想有一小球斜方向投向界面,当球穿过薄布时,在垂直于界面的方向损失了部分速度,但平行于界面的方向上的速度不变。据此他得出:vsinirri
5.费马的工作:他认为:光沿着所需时间为极值的路径传播,这就是费马原理。并假设光密介质中的光速比光疏中的要慢,推导如下:密
这样,从托勒密开始,经过了1500年左右的时间才得到了严格的折射定律,连同光的直线传播和反射定律一起构成了几何光学的理论基础。
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