波动光学小论文.doc

学习波动光学的感想
与初高中由浅入深地从几何光学到初步的波动光学的学习不同，在大学中，一开始接触到的便是深入的波动光学的学习，让我更深刻全面地理解了光的波动性。这里就谈谈我学习这部分知识时的感想。
一、 光的波动性的发现
通过查阅资料，我发现从光的波动性的发现到波动光学理论体系的完善是经过了漫长的过程，并不是像今天我们学习时所认为的那样顺利成章，很多杰出的才华横溢的科学家都为波动光学的建立做出了卓越的贡献。
惠更斯应该是较早提出光的波动性理论的科学家。他在1678年给巴黎科学院的信和1690年发表的《光论》一书中都阐述了他的光波动原理，即惠更斯原理。惠更斯原理认为：对于任何一种波，从波源发射的子波中，其波面上的任何一点都可以作为子波的波源，各个子波波源波面的包洛面就是下一个新的波面。这个原理预言了干涉、衍射现象的存在。
T.杨是波动光学的奠基人之一。在　1800年，T.杨提出了反对微粒说的几条论据，首次提出干涉这一术语，并分析了水波和声波叠加后产生的干涉现象。杨于1801年最先用双缝演示了光的干涉现象（见杨氏实验），第一次提出波长概念，并成功地测量了光波波长。他还用干涉原理解释了白光照射下薄膜呈现的颜色。杨。
此后E.L.马吕斯、A.-J.菲涅耳、D.F.J.阿拉戈利都对波动光学理论及实验做了发展。直到19世纪60年代，J.C.麦克斯韦、H.R.赫兹对电磁理论的发展，使人们见到了光与电磁现象的一致性，从而确信光是电磁波的一种。
二、 光的波动性的证明
首先证明了光的波动性的实验是杨氏双缝实验。
在双缝干涉实验中，利用光源前的单缝形成线光源，再利用双缝形成振动情况相同的相干光源，从而在观察屏上得到了干涉条纹。
由此可见，光子通过缝隙时产生了类波动的行为，是光的波动性的明证。
由明纹的干涉相长可以得到明纹的坐标公式：
k=0,1,2……
其中 D 为双缝到观察屏距离，d 为双缝间距离， 为光的波长。
从而得到了相邻明纹的间距：

杨就是借助这个公式历史上第一次测出了光波的波长。
但是杨当时的日子并不好过，在光的微粒说仍然一统天下的年代，杨的论文开始受尽了权威们的嘲笑和讽刺，被攻击为“荒唐”和“不合逻辑”。在近20年间竟然无人问津，杨为了反驳专门撰写了论文，但是却无处发表，只好印成小册子。但是据说发行后“只卖出了一本”。

另外一个证明了光的波动性的实验就是夫琅和费衍射实验。
在单缝衍射实验中，值得注意的是，费涅耳利用光的波动性将波面分成若干个半波带分割由于相邻两个半波带发出的衍射光相消，所以除中央明纹外，分成偶数个半波带,，P 点为暗纹；分割成奇数个半波带, P 点为明纹。
所以夫琅和费衍射实验。无论从实验方法抑或实验现象上都体现了光的波动性。

此外仍有大量物理现象能证明光的波动性，如麦克尔逊干涉，劈尖干涉，牛顿环等。
三、 光的波动性的局限性
波动光学具有经典的理论结构，不仅能完全解释干涉、衍射、偏振等现象、在与电磁理论结合后又能解释光的吸收、色散和散射等分子光学现象。但波动光学并非十全十美的，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。
光的量子理论不是本学期的内容，我所知的仅仅只是高中时期所学和一些网上的资料。
1905年，A.阿尔伯特·爱因斯坦提出了光子假设，成功地解释了光电效应。阿尔伯特·爱因斯坦认为光子不仅具有能量，而且与普通实物粒子一样具有质量和动量。1923年，A.H.康普顿利用光子与自由电子的弹性碰撞过程解释了X射线的散射实验。与此同时，各种光谱仪的普遍使用促进了光谱学的发展，通过原子光谱来探索原子内部的结构及其发光机制导致了量子力学的建立。
经过科学家们的实验，干涉，衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子，因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。

对于光的探究不会停止，光还有很多未解之谜等待发现。