1 Отпика 7
1.1 Развитие взглядов на природу света. Световые волны 7
1.2. Отражение и преломление плоской волны на гранях двух диэлектриков 10
1.3. Полное внутренне отражение 11
1.4. Соотношение между амплитудой и фазой 11
2 Интерференция 14
2.1 Явление интерференции. Сложение колебаний 14
2.2 Ширина интерференционных полос 15
2.3 Способы наблюдения интенсивности делением волнового фронта волны 17
2.4 Способы получения когерентных пучков делением амплитуды 17
2.5 Применение интерференции 20
3 Дифракция 23
3.1 Принцип Гюйгенса-Френеля 23
3.2 Прямолинейность распространения света. Зоны Френеля 25
3.3 Дифракция от среднего отверстия 27
3.4. Дифракционная решетка 29
4 Взаимодействие электромагнитных волн с веществом 29
4.1 Дисперсия света 29
4.2 Электронная теория дисперсии света 31
4.3 Поглощение (абсорбция света) 32
4.4 Рассеяние света 33
5 Квантовые свойства света 35
5.1 Виды фотоэлектрического эффекта 35
5.2 Законы внешнего фотоэффекта (законы Столетова) 37
5.3 Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта 38
5.4 Применение фотоэффекта 39
Заключение 40
Список использованных источников 41
1 Отпика
1.1 Развитие взглядов на природу света. Световые волны
Уже в первые периоды оптических исследований были на опыте установлены следствие четырех основных закона оптических явлений:
Закон прямолинейного рассеивания света.
Закон независимости световых пучков (справедлив только в линейной оптике).
Закон отражения.
Закон преломления света на границах двух сред.
Первый: Свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.
Второй: Эффект, производимым отдельным пучком, от того действует ли одновременно остальные пучки или они устранены.
Отраженный
луч лежит в одной плоскости с падающим
лучом и перпендикуляром, проведенным
к границе раздела двух сред в точке
падения; угол падения
равен углу
отражения.
Четвертый: Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла преломления есть величина постоянна для данных сред:
где
- относительный показатель преломления
второй среды относительно первой.
Относительный показатель преломления
двух сред равен отношению их абсолютных
показателей преломления:
Абсолютным
показателем преломления среды называют
величину
,
равную отношению скорости с электромагнитными
волнами в вакууме к их фазовой скорости
в среде
(1.1)
Основные законы были установлены давно, но точка зрения на них менялась на протяжении многих веков.
Так Ньютон придерживал теории истечения световых частиц, которые подчиняются законам механики. Гюйгенс выступал с другой (корпускулярной теорией света) теорией света. Он полагал, что световые возбуждения следует рассматривать как упругие импульсы, распространяется в особой среде – эфир (волновая теория света).
В течении XVIII века корпускулярная теория занимала господствующее положение, хотя борьба обоих теорий не прекращалась.
Затем труды Юнга и Френеля в XIX веке внесли большой вклад и дополнение в волновую оптику. Максвелл на основе своих теоретических исследованиях сформулировал заключение, что свет – это электромагнитная волна. Скорость электромагнитной волны в среде
(1.2)
где
- скорость света в вакууме,
- скорость в среде, имеющую диэлектрическую
проницаемость
и магнитную проницаемость
.
Так
как
,
то
(1.3)
(1.3) дает связь между оптическими, электрическими и магнитными константами вещества. Длина волны оптического диапазона . Модуль среднего по времени значения плотности потока энергии, переносимой световой волной носит название интенсивность света.
,
.
,
.
Линии,
вдоль которого распространяется световая
энергия, называется лучами.
направлен по касательной к лучу. В
изотропной среде
.
Следствием теории Максвелла является
поперчнность световых волн: векторы
напряженностей электрического
и магнитных
полей взаимно перпендикулярны и
колеблются перпендикулярно вектору
скорости
распространяющегося луча, т.е.
перпендикулярно лучу.
Обычно
в оптике все рассуждения ведутся
относительно светового вектора –
вектора интенсивности
электрического поля. Так как при действии
света на вещество, основное значение
имеет электрическая составляющая поля
волны, действующая на электроны в атомах
вещества.
Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы излучают свет волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом характеризуется всевозможным равновероятным колебаниями светового вектора (см. рис. луч перпендикулярный плоскости рисунка).
Свет,
со всевозможными равновероятными
ориентациями вектора
называется естественным. Если есть
упорядоченность, то свет называется
поляризованным. Если колебание происходят
только в одной, проходящей через луч
плоскости, свет называется плоско
(линейно) поляризованным.
Плоско
поляризованный свет является предельным
случаем эллиптически поляризованного
света – т.е. конец вектора
во времени описывает эллипс.
;
где
- эллиптичность.
1 из 15
Презентация на тему: Развитие взглядов на природу света
№ слайда 1
Описание слайда:
№ слайда 2
Описание слайда:
Первые представления о свете Первые представления о том, что такое свет, относятся также к древности. В древности представления о природе света были весьма примитивными, фантастическими и к тому же весьма разнообразными. Однако, несмотря на разнообразие взглядов древних на природу света, уже в то время наметились три основных подхода к решению вопроса о природе света. Эти три подхода в последующем оформились в две конкурирующие теории – корпускулярную и волновую теории света.Подавляющее большинство древних философов и ученых рассматривало свет как некие лучи, соединяющие светящееся тело и человеческий глаз.При этом выделялось три основных взгляда на природу света.Глаз->предметПредмет->глазДвижение
№ слайда 3
Описание слайда:
Первая теория Одни из древних ученых полагали, что лучи исходят из глаз человека, они как бы ощупывают рассматриваемый предмет. Эта точка зрения имела сначала большое число последователей. Такие крупнейшие ученые и философы, как Евклид, Птолемей и многие другие придерживались ее. Однако позже, уже в средние века, такое представление о природе света теряет свое значение. Все меньше становится ученых, следующих этим взглядам. И к началу XVII в. эту точку зрения можно считать уже забытой.
№ слайда 4
Описание слайда:
Вторая теория Другие философы, наоборот, считали, что лучи испускаются светящимся телом и, достигая человеческого глаза, несут на себе отпечаток светящегося предмета. Такой точки зрения держались атомисты Демокрит, Эпикур, Лукреций. Эта точка зрения на природу света уже позже, в XVII в., оформилась в корпускулярную теорию света, согласно которой свет есть поток каких-то частиц, испускаемых светящимся телом.
№ слайда 5
Описание слайда:
Третья теория Третья точка зрения на природу света была высказана Аристотелем. Он рассматривал свет не как истечение чего-то от светящегося предмета в глаз и тем более не как некие лучи, исходящие из глаза и ощупывающие предмет, а как распространяющееся в пространстве (в среде) действие или движение. Мнение Аристотеля в его время мало кто разделял. Но в дальнейшем, опять же в XVII в., его точка зрения получила развитие и положила начало волновой теории света.
№ слайда 6
Описание слайда:
Средневековье Наиболее интересной работой по оптике, дошедшей до нас из средневековья, является работа арабского ученого Альгазена. Он занимался изучением отражения света от зеркал, явления преломления и прохождения света в линзах. Ученый придерживался теории Демокрита и впервые высказал мысль о том, что свет обладает конечной скоростью распространения. Эта гипотеза явилась крупным шагом в понимании природы света.
№ слайда 7
Описание слайда:
XVII век На базе многочисленных опытных фактов в середине XVII века возникают две гипотезы о природе световых явлений: Корпускулярная теория Ньютона, которая предполагала, что свет есть поток частиц, выбрасываемых с большой скоростью светящимися телами. Волновая теория Гюйгенса, которая утверждала, что свет представляет собой продольные колебательные движения особой светоносной среды (эфира), возбуждаемой колебаниями частиц светящегося тела.
№ слайда 8
Описание слайда:
Основные положения корпускулярной теории Свет состоит из малых частичек вещества, испускаемых во всех направлениях по прямым линиям, или лучам, светящимся телом, например, горящей свечой. Если эти лучи, состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник. Световые корпускулы имеют разные размеры. Самые крупные частицы, попадая в глаз, дают ощущение красного цвета, самые мелкие – фиолетового. Белый цвет – смесь всех цветов: красного, оранжевого, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Отражение света от поверхности происходит вследствие отражения корпускул от стенки по закону абсолютного упругого удара.
№ слайда 9
Описание слайда:
Основные положения корпускулярной теории Явление преломления света объясняется тем, что корпускулы притягиваются частицами среды. Чем среда плотнее, тем угол преломления меньше угла падения. Явление дисперсии света, открытое Ньютоном в 1666 г., он объяснил следующим образом. «Каждый цвет уже присутствует в белом свете. Все цвета передаются через межпланетное пространство и атмосферу совместно и дают эффект в виде белого света. Белый свет – смесь разнообразных корпускул – испытывает преломление, пройдя через призму». Ньютон наметил пути объяснения двойного лучепреломления, высказав гипотезу о том, что лучи света обладают "различными сторонами" – особым свойством, обуславливающим их различную преломляемость при прохождении двоякопреломляющего тела.
№ слайда 10
Описание слайда:
Основные положения корпускулярной теории Корпускулярная теория Ньютона удовлетворительно объяснила многие оптические явления, известные в то время. Ее автор пользовался в научном мире колоссальным авторитетом, и в скоре теория Ньютона приобрела многих сторонников во всех странах. Крупнейшие ученые придерживающиесяэтой теории: Араго, Пуассон, Био, Гей-Люссак.На основе корпускулярной теории было трудно объяснить, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве, никак не действуют друг на друга. Ведь световые частицы должны сталкиваться и рассеиваться (волны же проходят друг сквозь друга, не оказывая взаимноговлияния)
№ слайда 11
Описание слайда:
Основные положения волновой теории Свет – это распространение упругих периодичных импульсов в эфире. Эти импульсы продольны и похожи на импульсы звука в воздухе. Эфир – гипотетическая среда, заполняющая небесное пространство и промежутки между частицами тел. Она невесома, не подчиняется закону всемирного тяготения, обладает большой упругостью. Принцип распространения колебаний эфира таков, что каждая его точка, до которой доходит возбуждение, является центром вторичных волн. Эти волны слабы, и эффект наблюдается только там, где проходит их огибающая поверхность – фронт волны (принцип Гюйгенса). Чем дальше волновой фронт от источника, тем более плоским он становится. Световые волны, приходящие непосредственно от источника, вызывают ощущение видения. Очень важным пунктом теории Гюйгенса явилось допущение конечности скорости распространения света.
№ слайда 12
Описание слайда:
Волновая теория С помощью теории объясняются многие явления геометрической оптики: – явление отражения света и его законы; – явление преломления света и его законы; – явление полного внутреннего отражения; – явление двойного лучепреломления; – принцип независимости световых лучей. Теория Гюйгенса давала такое выражение для показателя преломления среды: Из формулы видно, что скорость света должна зависеть обратно пропорционально от абсолютного показателя среды. Этот вывод был противоположен выводу, вытекающему из теории Ньютона.
№ слайда 13
Описание слайда:
Волновая теория Многие сомневались в волновой теории Гюйгенса, но среди малочисленных сторонников волновых взглядов на природу света были М. Ломоносов и Л. Эйлер. С исследований этих ученых теория Гюйгенса начала оформляться как теория волн, а не просто апериодических колебаний, распространяющихся в эфире. Трудно было объяснить прямолинейное распростронение света, приводящее к образованию за предметами резких теней (по корпускулярной теории прямолинейное движение света является следствием закона инерции)Явление дифракции (огибания светом препятствий) и интерференции (услиление или ослабление света при наложении световых пучков друг на друга) можно объяснить только с точки зрения волновой теории.
№ слайда 14
Описание слайда:
XI-XX столетия Во второй половине XIX века Максвелл показал, что свет есть частный случай электромагнитных волн. Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории света.После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Герцем никаких сомнений в том, что при распространении свет ведет себя как волна, не осталось. Нет их и сейчас.Однако в начале XX века представления о природе света начали коренным образом изменяться. Неожиданно выяснилось, что отвергнутая корпускулярная теория все же имеет отношение к действительности. Оказалось, что при излучении и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц.
№ слайда 15
Описание слайда:
XI-XX столетия Были обнаружены прерывистые (квантовые) войства света. Возникла необычная ситуация: явления интерференции и дифракции по-прежнему можно было объяснить, считая свет волной, а я вления излучения и поглощения – считая свет потоком частиц.Поэтому ученые сошлись на мнении о корпускулярно-волновом дуализме (двойственности) свойст света. В наши дни теория света продолжает развиваться.
Слайд 2
Слайд 3
Неодинаково видим днём
Слайд 4
Слайд 5
Естественные
Источники света Искусственные
Слайд 6
Глаз человекавоспринимает
свет от 400 нм до 800 нм
Слайд 7
Взгляды на природу света в античные времена
Пифагорейцы впервые выдвинули гипотезу об особом флюиде, который испускается глазами и «ощупывает» как бы щупальцами предметы, давая их ощущение.
Слайд 8
Взгляды на природу света в XVII-XIX вв.
Ньютон придерживался корпускулярной теории, согласно которой свет – это поток частиц, идущих от источника во все стороны. Гюйгенс утверждал, что свет – это волны, распространяющиеся в особой, гипотетической среде - эфире, заполняющим пространство и проникающим во внутрь всех тел.
Слайд 9
Современные представления о природе света
Квантовая теория света возникла в начале XX века. Она была сформулирована в 1900 году, а обоснована в 1905 году. Основоположниками квантовой теории света являются Планк и Эйнштейн. Согласно этой теории, световое излучение испускается и поглощается частицами вещества не непрерывно, а дискретно, то есть отдельными порциями – квантами света.
Слайд 10
КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ
Таким образом, свет имеет корпускулярно-волновые свойства. Квантовые и волновые свойства не исключают друг друга, а дополняют. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко при больших. Корпускулярно-волновой дуализм является проявлением двух форм существования материи - вещества и поля.
Слайд 11
Световые лучи
Световой луч– это линия, указывающая направление распространения энергии в пучке света.
Слайд 12
С З Опыт Рёмера Орбита Земли Земля Орбита спутника Юпитера Орбита Юпитера I II S1 S2
Слайд 13
Разделив диаметр земной орбиты на время запаздывания, можно получить значение скорости света:
с=3 1011м: 1320с ≈2,27 108м/с
Слайд 14
Параметры установки Физо таковы. Источник света и зеркало т1располагались в доме отца Физо близ Парижа, а зеркало т2- на Монмартре. Расстояние между зеркалами составляло ℓ ~ 8,66 км, колесо имело 720 зубцов. Оно вращалось под действием часового механизма, приводимого в движение опускающимся грузом. Используя счетчик оборотов и хронометр, Физо обнаружил, что первое затемнение наблюдается при скорости вращения колеса v= 12,6 об/с. Времядвижения света t=2ℓ/c, поэтомудает с = 3,14 10 8 м/с
Слайд 2
Первые представления о свете
Первые представления о том, что такое свет, относятся также к древности. В древности представления о природе света были весьма примитивными, фантастическими и к тому же весьма разнообразными. Однако, несмотря на разнообразие взглядов древних на природу света, уже в то время наметились три основных подхода к решению вопроса о природе света. Эти три подхода в последующем оформились в две конкурирующие теории – корпускулярную и волновую теории света. Подавляющее большинство древних философов и ученых рассматривало свет как некие лучи, соединяющие светящееся тело и человеческий глаз. При этом выделялось три основных взгляда на природу света. Глаз->предмет Предмет->глаз Движение
Слайд 3
Первая теория
Одни из древних ученых полагали, что лучи исходят из глаз человека, они как бы ощупывают рассматриваемый предмет. Эта точка зрения имела сначала большое число последователей. Такие крупнейшие ученые и философы, как Евклид, Птолемей и многие другие придерживались ее. Однако позже, уже в средние века, такое представление о природе света теряет свое значение. Все меньше становится ученых, следующих этим взглядам. И к началу XVII в. эту точку зрения можно считать уже забытой. Евклид Птоломей
Слайд 4
Вторая теория
Другие философы, наоборот, считали, что лучи испускаются светящимся телом и, достигая человеческого глаза, несут на себе отпечаток светящегося предмета. Такой точки зрения держались атомисты Демокрит, Эпикур, Лукреций. Эта точка зрения на природу света уже позже, в XVII в., оформилась в корпускулярную теорию света, согласно которой свет есть поток каких-то частиц, испускаемых светящимся телом. Демокрит Эпикур Лукреций
Слайд 5
Третья теория
Третья точка зрения на природу света была высказана Аристотелем. Он рассматривал свет не как истечение чего-то от светящегося предмета в глаз и тем более не как некие лучи, исходящие из глаза и ощупывающие предмет, а как распространяющееся в пространстве (в среде) действие или движение. Мнение Аристотеля в его время мало кто разделял. Но в дальнейшем, опять же в XVII в., его точка зрения получила развитие и положила начало волновой теории света. Аристотель
Слайд 6
Средневековье
Наиболее интересной работой по оптике, дошедшей до нас из средневековья, является работа арабского ученого Альгазена. Он занимался изучением отражения света от зеркал, явления преломления и прохождения света в линзах. Ученый придерживался теории Демокрита и впервые высказал мысль о том, что свет обладает конечной скоростью распространения. Эта гипотеза явилась крупным шагом в понимании природы света. Альгазен
Слайд 7
XVII век
На базе многочисленных опытных фактов в середине XVII века возникают две гипотезы о природе световых явлений: Корпускулярная теория Ньютона, которая предполагала, что свет есть поток частиц, выбрасываемых с большой скоростью светящимися телами. Волновая теория Гюйгенса, которая утверждала, что свет представляет собой продольные колебательные движения особой светоносной среды (эфира), возбуждаемой колебаниями частиц светящегося тела.
Слайд 8
Основные положения корпускулярной теории
Свет состоит из малых частичек вещества, испускаемых во всех направлениях по прямым линиям, или лучам, светящимся телом, например, горящей свечой. Если эти лучи, состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник. Световые корпускулы имеют разные размеры. Самые крупные частицы, попадая в глаз, дают ощущение красного цвета, самые мелкие – фиолетового. Белый цвет – смесь всех цветов: красного, оранжевого, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Отражение света от поверхности происходит вследствие отражения корпускул от стенки по закону абсолютного упругого удара.
Слайд 9
Явление преломления света объясняется тем, что корпускулы притягиваются частицами среды. Чем среда плотнее, тем угол преломления меньше угла падения. Явление дисперсии света, открытое Ньютоном в 1666 г., он объяснил следующим образом. «Каждый цвет уже присутствует в белом свете. Все цвета передаются через межпланетное пространство и атмосферу совместно и дают эффект в виде белого света. Белый свет – смесь разнообразных корпускул – испытывает преломление, пройдя через призму». Ньютон наметил пути объяснения двойного лучепреломления, высказав гипотезу о том, что лучи света обладают "различными сторонами" – особым свойством, обуславливающим их различную преломляемость при прохождении двоякопреломляющего тела.
Слайд 10
Корпускулярная теория Ньютона удовлетворительно объяснила многие оптические явления, известные в то время. Ее автор пользовался в научном мире колоссальным авторитетом, и в скоре теория Ньютона приобрела многих сторонников во всех странах. Крупнейшие ученые придерживающиесяэтой теории: Араго, Пуассон, Био, Гей-Люссак. На основе корпускулярной теории было трудно объяснить, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве, никак не действуют друг на друга. Ведь световые частицы должны сталкиваться и рассеиваться (волны же проходят друг сквозь друга, не оказывая взаимноговлияния) Ньютон Араго Гей-Люссак
Слайд 11
Основные положения волновой теории
Свет – это распространение упругих периодичных импульсов в эфире. Эти импульсы продольны и похожи на импульсы звука в воздухе. Эфир – гипотетическая среда, заполняющая небесное пространство и промежутки между частицами тел. Она невесома, не подчиняется закону всемирного тяготения, обладает большой упругостью. Принцип распространения колебаний эфира таков, что каждая его точка, до которой доходит возбуждение, является центром вторичных волн. Эти волны слабы, и эффект наблюдается только там, где проходит их огибающая поверхность – фронт волны (принцип Гюйгенса). Чем дальше волновой фронт от источника, тем более плоским он становится. Световые волны, приходящие непосредственно от источника, вызывают ощущение видения. Очень важным пунктом теории Гюйгенса явилось допущение конечности скорости распространения света.
Слайд 12
Волновая теория
С помощью теории объясняются многие явления геометрической оптики: – явление отражения света и его законы; – явление преломления света и его законы; – явление полного внутреннего отражения; – явление двойного лучепреломления; – принцип независимости световых лучей. Теория Гюйгенса давала такое выражение для показателя преломления среды: Из формулы видно, что скорость света должна зависеть обратно пропорционально от абсолютного показателя среды. Этот вывод был противоположен выводу, вытекающему из теории Ньютона.
Слайд 13
Многие сомневались в волновой теории Гюйгенса, но среди малочисленных сторонников волновых взглядов на природу света были М. Ломоносов и Л. Эйлер. С исследований этих ученых теория Гюйгенса начала оформляться как теория волн, а не просто апериодических колебаний, распространяющихся в эфире. Трудно было объяснить прямолинейное распростронение света, приводящее к образованию за предметами резких теней (по корпускулярной теории прямолинейное движение света является следствием закона инерции) Явление дифракции (огибания светом препятствий) и интерференции (услиление или ослабление света при наложении световых пучков друг на друга) можно объяснить только с точки зрения волновой теории. Гюйгенс Ломоносов Эйлер
Слайд 14
XI-XX столетия
Во второй половине XIX века Максвелл показал, что свет есть частный случай электромагнитных волн. Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории света. После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Герцем никаких сомнений в том, что при распространении свет ведет себя как волна, не осталось. Нет их и сейчас. Однако в начале XX века представления о природе света начали коренным образом изменяться. Неожиданно выяснилось, что отвергнутая корпускулярная теория все же имеет отношение к действительности. Оказалось, что при излучении и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц. Максвелл Герц
Слайд 15
Были обнаружены прерывистые (квантовые) войства света. Возникла необычная ситуация: явления интерференции и дифракции по-прежнему можно было объяснить, считая свет волной, а я вления излучения и поглощения – считая свет потоком частиц. Поэтому ученые сошлись на мнении о корпускулярно-волновом дуализме (двойственности) свойст света. В наши дни теория света продолжает развиваться.
Посмотреть все слайды
Жизнь на Земле возникла и существует благодаря солнечному свету. Благодаря нему мы воспринимаем и познаем окружающий мир. Лучи света сообщают нам о положении близких и отдаленных предметов, об их форме и цвете. Свет, усиленный оптическими приборами, открывает человеку два полярных по масштабам мира: космический мир с его огромными протяженностями и микроскопический, населенный неразличимыми простым глазом мельчайшими организмами.
Вопрос о природе света возникло давно. Например, греческий мыслитель Пифагор (ок. 580 до н. Н.э.) считал, что зрительные ощущения возникают вследствие «горячих испарений», которые выходят из глаза к предметам. Греческий математик Евклид (ок. 450 - 380 до н. Н.э.) развил теорию «зрительных лучей», последователем которой был Птолемей (II в. Н. Н.э.). Согласно взглядам Евклида из глаза выходят чувствительные нити, ощупывают своими концами тела и создают зрительные ощущения.
Основы оптики были заложены еще в глубокой древности. Варка прозрачного стекла была известна древним египтянам и жителям Мессопотамии за 1600 лет до нашей эры, а в древнем Риме из стекла с высоким совершенством изготовляли посуду и украшения. В XIII веке человечество получило первые оптические приборы - очки и увеличительные стекла. Значительно позднее, в начале XVII века, были изобретены зрительная труба и микроскоп.
В 1609 году итальянский ученый Галилей изобрел подзорную трубу с
отрицательной линзой в качестве окуляра и широко использовал ее для наблюдений.
В России очки и зрительные трубы появились в начале XVII веке.
Создание теории оптических приборов началось в конце XVII века благодаря трудам
выдающихся ученых: Р. Декарта, П. Ферма, И. Ньютона, К. Гаусса и других. Большой
вклад в развитие мировой науки и техники в области оптики внесли русские ученые
М. В. Ломоносов, Л. Эйлер, В. Н. Чиколев, механики И. П. Кулибин, О. Н. Малофеев.
В России при Петре 1 оптика получила свое дальнейшее развитие. В 1725 году
при Академии Наук была организована кафедра оптики и оптическая мастерская.
Одним из руководителей кафедры оптики был Л. Эйлер, который написал книгу
“Диоптрика”, где изложил основы геометрической оптики.
М. В. Ломоносов был первым русским ученым, который применил микроскоп для
научных исследований, он создал целый ряд принципиально новых оптических
приборов, разработал способы изготовления цветного стекла, цветной мозаики.
Трудами выдающихся русских М.В.Ломоносова и Л.Эйлера в XVIII веке были заложены
главнейшие основы для развития оптического производства в России.
После революции 1917 года в Петрограде в 1918 году был организован
Государственный Оптический Институт, его возглавил академик Д.С.Рождественский.
ГОИ явился центром, определяющим научную политику в области создания
отечественной оптическо-механической промышленности. В ГОИ работали выдающиеся
ученые: С.И.Вавилов, А.А.Лебедев, И.В.Гребенщиков, Н.Качалов и другие.
В послевоенные годы наша оптическая промышленность с успехом осваивала
производство уникальных высокоточных приборов, электронных микроскопов,
интерферометров, приборов для космических исследований.
На базе явлений фотоэлектрического эффекта, открытого русским ученым
А.Г.Столетовым, успешно развивается фотоэлектрическая область оптики, нашедшая
применение в автоматике, телевидении, управлении космическими кораблями.
К числу крупных достижений отечественной оптики относятся работы профессора
М.М.Русинова. Созданные им широкоугольные аэрофотообъективы выдвинули советскую
аэрофотсъемку на ведущее место в мире.
Создание аппаратуры для фотографирования невидимой с Земли обратной стороны Луны
явилось началом развития нового направления оптического приборостроения –
космически оптических приборов.
Исследования советских физиков Н.Г.Басова и А.М.Прохорова в середине 50-х
года XX века стали тем зерном, из которого выросла новая область науки –
квантовая электроника. В 1971 году Денис Габор получил Нобелевскую премию за
открытие голографии.
Еще в 1930 году в Германии Ламм передал по оптическим волокнам не только свет,
но и изображение. Но технология изготовления стеклянных волокон была очень
сложной, поэтому идеи Ламма на долгие годы остались забытыми.
В 17-м веке были высказаны первые научные гипотезы о природе света. Свет
обладает энергией и переносит её в пространстве. Переносить энергию могут либо
тела, либо волны, поэтому о природе света вдвинуты две теории.
Корпускулярная теория света (от латинского corpusculum – частица) была
предложена в 1672 году английским учёным Исааком Ньютоном (1643 – 1727).
Согласно этой теории, свет – это поток частиц, которые во все стороны испускает
источник света. С помощью этой теории объяснялись такие оптические явления, как,
например, различные цвета излучения.
Голландским учёным Христианом Гюйгенсом (1629 – 1695) также в 17-м веке была
создана волновая теория света, согласно которой свет имеет волновую природу. С
помощью этой теории хорошо объясняются такие явления, как интерференция,
дифракция света и т.д.
Обе эти теории длительное время существовали параллельно, так как ни одна из них в отдельности не могла полностью объяснить все оптические явления. К началу 19-го века после исследований французского физика Огюстена Жана Френеля (1788 – 1827), английского физика Роберта Гука (1635 – 1703) и других учёных выяснилось, что волновая теория света имеет преимущество перед корпускулярной. В 1801 году английский физик Томас Юнг (1773 – 1829) сформулировал принцип интерференции (усиление или ослабление освещённости при наложении световых волн друг на друга), что позволило ему объяснить цвета тонких плёнок. Френель объяснил, что такое дифракция света (огибание светом препятствий) и прямолинейность распространения света.
И всё же волновая теория света имела один существенный недостаток. В ней предполагалось, что световое излучение представляет собой поперечные механические волны, которые могут возникать только в упругой среде. Поэтому была создана гипотеза о невидимом мировом эфире, который представляет собой гипотетическую среду, заполняющую всю Вселенную (всё пространство между телами и молекулами). Мировой эфир должен был обладать целым рядом противоречивых свойств: должен обладать упругими свойствами твёрдых тел и быть одновременно невесомым. Эти трудности были разрешены во 2-й половине 19-го века при последовательном развитии учения английским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом (1831 – 1879) об электромагнитном поле. Максвелл пришёл к вводу, что свет есть частный случай электромагнитных волн.
Однако в начале 20-го века были обнаружены прерывистые, или квантовые
свойства света. Этим свойствам давала объяснение корпускулярная теория. Таким
образом, свет обладает корпускулярно-волновым дуализмом (двойственностью
свойств). В процессе распространения свет обнаруживает волновые свойства (то
есть ведёт себя как волна), а при излучении и поглощении – корпускулярные
свойства (то есть ведёт себя как поток частиц).
Законы распространения света в прозрачных средах на основе представлений о
световом луче рассматриваются в разделе оптики, который называется
Геометрическая оптика. Подразумевается, что световой луч – это линия, вдоль
которой распространяется энергия световых электромагнитных волн.
Борьба волновой и корпускулярной концепции света в первой половине XIX века завершается победой волновой концепции - было установлено, что свет является поперечным волновым движением. Решающим вкладом в эту победу и явилось объяснение с помощью волновой концепции явлений дифракции и интерференции света.