什么叫波动光学?什么叫几何光学?

波动光学是光学中非常重要的组成部分,内容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等,无论理论还是应用都在物理学中占有重要地位.粒子在光场或其他交变电场的作用下,产生振动的偶极子,发出次波.用这样模型来说明光的吸收、色散、散射、磁光、电光等现象,甚至光的发射也是一般波动光学的内容.电磁波理论应用到晶体称晶体光学.光波波长约为3.9-7.6×10 cm ,一般的障碍物或孔隙都远大于此,因而通常都显示出光的直线传播现象.这一时期,人们还发现了一些与光的波动性有关的光学现象,例如F.M.格里马尔迪首先发现光遇障碍物时将偏离直线传播,他把此现象起名为“衍射”.胡克和R.玻意耳分别观察到现称之为牛顿环的干涉现象.这些发现成为波动光学发展史的起点.17世纪以后的一百多年间,光的微粒说（见光的二象性）一直占统治地位,波动说则不为多数人所接受,直到进入19世纪后,光的波动理论才得到迅速发展.

几何光学是光学学科中以光线为基础,研究光的传播和成像规律的一个重要的实用性分支学科.在几何光学中,把组成物体的物点看作是几何点,把它所发出的光束看作是无数几何光线的集合,光线的方向代表光能的传播方向.在此假设下,根据光线的传播规律,在研究物体被透镜或其他光学元件成像的过程,以及设计光学仪器的光学系统等方面都显得十分方便和实用

19世纪60年代，J. C.麦克斯韦建立了统一电磁场理论，预言了电磁波的存在并给出了电磁波的波速公式。随后H. R.赫兹用实验方法产生了电磁波。光与电磁现象的一致性使人们确信光是电磁波的一种，光的经典波动理论与电磁理论融成了一体，产生了光的电磁理论。将电磁理论应用于晶体，对光在晶体中的传播规律给出了严格而圆满的解释。19世纪末，H. A.洛伦兹创立了电子论，他把物质的宏观性质归结为构成物质的电子的集体行为。电磁波的作用使带电粒子产生受迫振动并产生次级电磁波，根据这一理论解释了光的吸收、色散和散射等分子光学现象。这种经典的电磁理论并非十全十美，因在关于光与物质相互作用的问题上涉及微观粒子的行为，必须用量子理论才能得到彻底的解决。

波动光学的研究成果使人们对光的本性的认识得到了深化。在应用领域，以干涉原理为基础的干涉计量术为人们提供了精密测量和检验的手段（见干涉仪），其精度提高到前所未有的程度；衍射理论指出了提高光学仪器分辨本领的途径（见夫琅和费衍射）；衍射光栅已成为分离光谱线以进行光谱分析的重要色散元件；各种偏振器件和仪器用来对岩矿晶体进行检验和测量，等等。所有这些构成了应用光学的主要内容。 19世纪的光学是由英国医生托马斯·杨以复兴波动说的论文揭开序幕的。1801年，杨向皇家学会宣读了关于薄片颜色的论文，文中正式将干涉原理引入到光学之中，并且用这一原理解释薄片上的颜色和条纹面的衍射。在这篇论文中，杨还系统提出了波动光学的基本原理，提出了光波长的概念，并给出了测定结果。正是由于光波长太短，以至遇障碍物拐弯能力不大，这也是人们很难观察到这类现象的原因。又于1803年发表了物理光学的实验和计算，对双缝干涉现象进一步作出了解释。在1807年出版的《自然哲学讲义》中，杨系统阐述了他提出的波动光学的基本原理。

几乎独立的提出的波动说的还有法国物理学家菲涅尔（1788～1827）。1815年，他向科学院提交了第一篇光学论文，文中仔细研究了光的衍射现象，并提出了光的干涉原理。后来，菲涅尔与杨齐心协力，在波动学说基础上的光学实验大量涌现，使19世纪在波动光学方面取得了重大发展。

19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。菲涅耳于1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。

在进一步的研究中，观察到了光的偏振和偏振光的干涉。为了解释这些现象，菲涅耳假定光是一种在连续媒质(以太)中传播的横波。为说明光在各不同媒质中的不同速度，又必须假定以太的特性在不同的物质中是不同的；在各向异性媒质中还需要有更复杂的假设。此外，还必须给以太以更特殊的性质才能解释光不是纵波。如此性质的以太是难以想象的。

1846年，法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋转；1856年，韦伯发现光在真空中的速度等于电流强度的电磁单位与静电单位的比值。他们的发现表明光学现象与磁学、电学现象间有一定的内在关系。 1860年前后，麦克斯韦的指出，电场和磁场的改变，不能局限于空间的某一部分，而是以等于电流的电磁单位与静电单位的比值的速度传播着，光就是这样一种电磁现象。这个结论在1888年为赫兹的实验证实。

然而，这样的理论还不能说明能产生象光这样高的频率的电振子的性质，也不能解释光的色散现象。到了1896年洛伦兹创立电子论，才解释了发光和物质吸收光的现象，也解释了光在物质中传播的各种特点，包括对色散现象的解释。在洛伦兹的理论中，以太乃是广袤无限的不动的媒质，其唯一特点是，在这种媒质中光振动具有一定的传播速度。

对于像炽热的黑体的辐射中能量按波长分布这样重要的问题，洛伦兹理论还不能给出令人满意的解释。并且，如果认为洛伦兹关于以太的概念是正确的话，则可将不动的以太选作参照系，使人们能区别出绝对运动。而事实上，1887年迈克耳逊用干涉仪测“以太风”，得到否定的结果，这表明到了洛伦兹电子论时期，人们对光的本性的认识仍然有不少片面性。

光的电磁论在整个物理学的发展中起着很重要的作用，它指出光恶化电磁现象的一致性，并且证明了各种自然现象之间存在这相互联系这一辩证唯物论的基本原理，使人们在认识光的本性方面向前迈进了一大步。

在此期间，人们还用多种实验方法对光速进行了多次测定。1849年斐索（A.H.L.Fizeau，1819--1896）运用了旋转齿轮的方法及1862年傅科（J.L.Foucault，1819--1868）使用旋转镜法测定了光在各种不同介质中的传播速度。

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