第六章 经典光学

1、第六章 经典光学 光学是物理学的一个重要组成部分，是研究光的本性、光的传播和光与物质相互作用的学科。在物理学中，通常将光学划分为几何光学、波动光学、量子光学和现代光学几大部分。几何光学是以光的直线传播性质为基础，用几何作图法来研究光的传播、成像等问题，其主要内容有光的直线传播定律、光的独立传播定律、光的反射和折射定律；波动光学从光的电磁波本性出发，以光的波动性为基础，研究光在传播过程中的规律性问题，主要内容包括光的干涉、光的衍射和光的偏振，同时还研究光与物质相互作用的色散、吸收和散射等现象；量子光学是以光和物质相互作用时所表现出的量子性为基础来研究有关的光学问题，并由此揭示出光的粒子性。现代光

2、学是指近几十年来新兴和发展起来的光学各分支，它主要包括如激光、信息光学（傅里叶变换光学）、光通讯、非线性光学、集成光学等内容。一 、折射定律的建立 1、前期工作托勒密、开普勒 古希腊人最早对光现象进行数学处理，欧几里德在他的光学里总结了到他那时为止已有的关于光现象的知识和猜测那时的人们已经知道，在眼睛和被观察物体之间行进的光线是直线；当光线从一个平面反射时，入射角和反射角相等在这个时期，折射现象虽已为人所知，但还属于经验上的讨论古希腊科学典籍中关于光折射的实验记载寥寥无几，最早的应该是公元二世纪托勒密所做的光的折射实验他在一个圆盘上装两把能绕盘心旋转的尺子，将圆盘的一半浸入水中让光线由空气射入

3、水中，就得到它在水中的折射光线，转动两把尺子，使 它们分别与入射光线和折射光线重合然后取出圆盘，按尺子的位置刻下入射角和折射角他所测出的一系列数据是非常精确的托勒密大致假定了光的入射角和折 射角之间，有一直接的比例关系托勒密依靠实验发现了折射的规律，但却没有由此得出精确的折射定律托勒密的实验方法图示1609年，伽利略制成了望远镜，并利用它进行了很多科学观测这些新的发现激励开普勒对光折射现象进行了深入的研究，并于1611年出版了折射光学一书开普勒的研究表明，对于两种给定的媒质，小于30度的入射角同相应的折射角成近似固定的比，对于玻璃或水晶，这个比约为3:2他还表明，这个比对于大的入射角不成立开普

4、勒试图通过实验发现精确的折射定律，他的方法虽然是正确的，却没有得到其中有规律性的联系但是，开普勒的研究为后来斯涅耳得出折射定律起到了一定的启示作用2、折射定律的得出斯涅耳 大约是在1621年，荷兰莱顿的斯涅耳通过实验确立了开普勒想发现而没有能够发现的折射定律 当时斯涅耳注意到了水中的物体看起来象漂浮的现象，并试图揭开其中的奥秘由此便引出了他对折射现象的研究 在总结托勒密、开普勒等前人的研究成果后，斯涅耳做了进一步的实验斯涅耳发现，从空气到水里的一条光线在水中所走的长度，同该光线如按未偏离其原始方向而本来会通过的路程成一定的比他指出，折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，入射光线和 折射光线

5、分别位于法线两侧，入射角的正弦和折射角的正弦的比值对于一定的两种媒质来说是一个常数这个常数是第二种媒质对第一媒质的相对折射率，斯涅耳的这一折射定律（也称斯涅耳定律）是从实验中得到的，未做任何的理论推导，虽然正确，但却从未正式公布过只是后来惠更斯和伊萨克沃斯两人在审查他遗留的手稿时，才看到这方面的记载 二 、光学仪器的研制 1眼镜的制造 1299年由意大利人阿玛蒂发明并制造了眼镜。2荷兰望远镜 1608年，荷兰人利帕希（Hans Lippershey)制成第一台望远镜：他用一个凸透镜作为物镜，用一个凹透镜作为目镜组合而成。现在仍把这种组合称为荷兰望远镜或伽利略望远镜。 3伽利略的改进 伽利略知道

6、后很快改进成放大32倍，随后又制成放大1000倍的望远镜，并用它对天体进行了观察，于1610年写出了星际使者的小册子，有力支持了哥白尼的日心说。 4开普勒望远镜 1611年开普勒出版了屈光学，解释了荷兰望远镜和显微镜所涉及到的光学原理。并设计了一种用两个凸透镜构成的天文望远镜，即开普勒望远镜。这种望远镜很快就取代了荷兰望远镜。因为它视野宽，且能把一个遥远的物体的像与放在两个透镜共同焦点处的一个小物体相比较。这种比较导致了后来测微计的发明。第一台开普勒望远镜由天文学家沙伊纳于16131617年制造。5显微镜 几乎与望远镜同时，荷兰人发明制造了显微镜，由眼镜制造师詹森(Janssen)发明：由一双

7、凸透镜作物镜和一个双凹透镜作目镜组合而成。后来，意大利的冯特纳(Fontana)第一个用凸透镜代替了凹透镜目镜。6. 胡克的显微镜 1665年，胡克出版显微图象，并制造一个带聚光镜的显微镜：用两个平凸透镜分别作物镜和目镜，用一球形聚光器来照亮待观察的物体。7. 反射式望远镜 1668年，牛顿设计并制造了第一架小型反射式望远镜，全长15厘米，口径2.5厘米，但其放大倍数和当时使用的2米长的望远镜相同。1671年又制造了第二架较大的反射式望远镜，全长1.2米，口径2米，献给了英国皇家学会，现仍保存在英国皇家学会图书馆。三、牛顿的色散研究 1色散的早期研究色散的早期研究 十三世纪，德国一位传教士西奥

8、多里克(Theodoric)曾用实验模仿天上的虹，他用阳光照射装满水的大玻璃球壳，观察到了和空中一样的虹，并说明彩虹是由于空气中水珠反射和折射阳光造成的。由于受亚里士多德教义的影响，他说各种颜色的产生由于光受到不同阻滞所引起的。 笛卡儿在方法论的一篇附录中专门讨论了彩虹，并介绍了他所做的棱镜实验：他用棱镜将阳光投射到荧屏上，发现不论光照到棱镜的哪一部位，折射后屏上的图象都是一样的。从而否定了光是由于受到不同阻滞而产生不同颜色的说法。由于笛卡儿的屏离棱镜太近（只有几厘米），他没有看到色散后的整个光谱。只注意到光带的两侧分别呈现兰色和红色。 1648年，法国的马尔西用三棱镜演示色散成功。不过他的解

9、释错了。他认为红色是浓缩了的光，兰色是稀释了的光；之所以出现五颜六色，是由于光受到物质的不同作用。 2当时令人迷惑的问题当时令人迷惑的问题 17世纪正当望远镜、显微镜问世，伽利略用望远镜观察天体，胡克用显微镜观察微小物体。然而，当放大倍数增大时，这些仪器出现了色差，人们深感迷惑，为什么图象的边缘总会出现彩色？这和彩虹有没有共同之处？怎样才能消除？ 3牛顿的色散实验牛顿的色散实验 这一时期，牛顿正在剑桥大学学习，他的老师巴罗对光学很有研究，牛顿还帮巴罗编写光学讲义，使他对光学产生了浓厚兴趣。他亲自动手磨制透镜，想按自己的设计装配出没有色差的显微镜和望远镜。这个愿望激励他对光和颜色的本性进行深入的

10、研究。牛顿从笛卡儿的棱镜实验、胡克及玻意耳的分光实验得到启发，他将室外阳光经一小洞引入室内，经三棱镜后投射到对面的墙上。这样从三棱镜到墙的距离达到67米，从而获得了展开的光谱。牛顿发现展开的光谱是由于不同颜色的光具有不同的折射性能造成的。在色散实验的基础上，牛顿总结出以下几条规律： （1）光线随其折射率不同，颜色也不同。色是光线固有的属性。 （ 2 ）同一颜色的光折射率相同，不同色的光折射率不同。 （ 3 ）色的种类和折射的程度是光线所固有的，不会因折射、反射或其它任何原因而改变。 （ 4 ）必须区分两种颜色，一种是原始的、单纯的色，另一种是由原始的颜色复合而成的色。 （ 5 ）本身是白色的光

11、线是没有的，白色是由所有色的光线岸适当比例混合而成。 （ 6 ）自然物质的色是由于对某种光的反射大与其它光的反射的缘故。 （ 7 ）把光看成实体有充分依据。四、光本质的认识 1、光的微粒说和波动说的提出 对光的本性自古以来就有两种认识：波动说和微粒说，代表人物分别是惠更斯和牛顿。近代微粒说最早由笛卡儿首先提出，他认为光是由大量微小弹性粒子所组成，并用此解释了光的反射和折射。后来牛顿发展了微粒说，并和波动说展开了长期的争斗。 胡克主张光是一种振动，是类似水波的某种快速脉冲。在1667年出版的显微图象中他写到：“在一种均匀介质中这一运动在各个方向都以相等速度传播，所以发光体的每一个脉动都必将形成一

12、个球面。这个球面将不断的增大，就如同把一石块投入水中后在水面一点周围的环状波膨胀为越来越大的圆圈一样（尽管要快得多）。由此可见，在均匀媒质中激起的这些球面的所有部分都与射线以直角相交。 荷兰物理学家惠更斯发展了胡克的思想。 他提出光是发光体中微小粒子的振动在弥漫于宇宙空间的以太中的传播过程。1678年他向法国科学院报告了自己的论点，并于1690年以光学正式发表。他写到：“假如注意到光线向各个方向以极高的速度传播，其射线在传播中，一条穿过另一条而互相毫无影响，就可以完全明白：当我们看到发光的物体时，决不会是由于这个物体发出的物质的迁移所引起的。” 他认为光的传播，并不是媒质以太粒子本身的远距离移

13、动，而是发光体中微小粒子的振动通过象沿着一排互相衔接的钢球传递一样，当第一个球受到碰撞，碰撞运动就会以极快的速度传到最后一个球。 惠更斯原理 他用子波和波阵面的概念论述了光的传播原理-惠更斯原理：光在传播过程中，使以太中的每一个受激粒子都变成一个球形子波，每一个子波在发光点和子波中心的连线方向上形成的波前的组合，构成一波阵面；形成的波阵面上的每一点又都变成一个球形子波的中心。并用这一原理说明了光的反射和折射。 牛顿后期越来越倾向微粒说。由于牛顿的权威，也由于波动说本身的缺陷纵波观点和未考虑波面上各点之间的相互干涉，在微粒说和波动说进行过一番较量后，大部分人接受了牛顿的微粒说而放弃了惠更斯的波动

14、说。 18 世纪光学处于停滞不前的时期。n托马斯杨（17731829）英国物理学家、医生、波动光学的奠基人。1773年6月13日生于英国米斯维顿一个富裕家庭，是一个神童。2、波动光学的复兴 托马斯杨 1773年6月出生在英国的一个富裕家庭，青年时就多才多艺，通晓希腊语、拉丁语、法语、意大利语等语言，能演奏多种乐器，先后在伦敦、爱丁堡、哥廷根学医，于1796年获哥廷根医学博士学位，1799年开始行医。 托马斯杨的光学研究，始于对视觉器官的研究，他第一个发现眼球在注视不同距离的物体时会改变晶状体的曲率。1800年发表了关于光和声的实验问题，对光的微粒说提出异议：既然发射光微粒的力是多种多样的，为何

15、所发的光的速度相同？光由一种媒质进入另一种媒质时，为何同一类光有的被反射，有的折射？托马斯杨认为光和声音类似；根据水波的叠加现象，声波也会由于叠加而出现声音的加强和减弱，光波也应如此。并首先提出“干涉”术语。 1801年发表光和色的理论，以假说的形式阐述了光的波动理论：整个宇宙充满了以太，光是发光体在以太中激起的波动，光的颜色取决于光波动的频率。并提出著名的干涉原理。干涉原理：“同一束光的两个不同部分，以不同的路径要么完全一样地，要么在方向上十分接近地进入眼睛，在光线光程差是某个长度的整倍数的地方，光就增强，而在干涉区域的中间部分，光将最强。对于不同颜色的光来说，这个长度是不同的。”为了验证自

16、己的理论，托马斯杨作了著名的杨氏双缝干涉实验。 杨氏双缝干涉实验：屏上出现了彩色干涉条纹。托马斯杨对牛顿环的解释；实验中出现的明暗条纹，是由光的互相叠加产生干涉的结果，位相相反的叠加互相抵消，位相相同的叠加相互加强。并用牛顿环第一个测出了在空气中红光和紫光的波长分别约为1/36000英寸和1/60000英寸。 用干涉原理对光的衍射的解释。1803年发表关于物理光学的实验和计算，文中通过一实验对光衍射现象进行了解释：用一束光照射一条宽约1/30英寸的硬纸条，观察投射到墙上或屏上的影子。“在阴影的两侧可看到这种彩色条纹，阴影本身也被较细的条纹所分割，阴影的正中间却是白色的。这些条纹是通过硬纸条边缘

17、时发生了折射-确切的说发生了绕射-后进入阴影区产生的联合效应。” 托马斯杨缺少严密的数学分析，理论探索主要依赖于类比法。所以在当时的英国，他的研究未受重视，反而遭到了攻击，后来一度转向了语言学研究。 n菲涅尔（法国物理学菲涅尔（法国物理学家家,17881827）从小非常从小非常迟钝迟钝，身体也不好，后来由，身体也不好，后来由于刻苦努力，成了一名工程于刻苦努力，成了一名工程师。师。1814年，他对光学开年，他对光学开始感到兴趣，始感到兴趣，1815年向科年向科学院提交了第一篇光学论文，学院提交了第一篇光学论文，在毫不了解杨的工作基础上在毫不了解杨的工作基础上独立地提出了光的干涉原理独立地提出了光

18、的干涉原理和波动理论。和波动理论。 菲涅耳法国人，工程师，精通数学。1815年向法国科学院提交第一篇关于光的衍射的论文，以子波相干叠加的思想补充了惠更斯原理，发展成为惠更斯菲涅耳原理。他认为：“在任何一点的光源振动，可以看作在同一时刻传播到那一点上的光的元振动的总和，这些元振动来自所考察的未受阻拦的波的所有部分在它以前位置的任何一点的各个作用。” 独立发现了光的干涉原理（但晚于托马斯杨），设计了菲涅耳平面镜实验，巧妙获得相干光源，消除了微粒说者对托马斯杨的双缝实验的非难和曲解。 为了推进微粒说的发展，1818年法国科学院提出了有奖征文，菲涅耳在阿拉果的鼓励和支持下，提交了应征论文：他以严密的数

19、学推理，从横波的观点出发，圆满的解释了光的偏振，并用半周带法定量的解释了圆孔、圆板等形状的障碍物所产生的衍射花纹，推出的结果与实验符合的很好。在评审菲涅耳的论文时，法国数学物理学家泊松应用菲涅耳对光绕过障碍物衍射的数学方程证明：如果在光束传播路径上放置一块不透明的圆板，则在放在其后的屏上，应观察到圆板黑影的中央出现一个亮斑。称为泊松亮斑。菲涅耳做了一个实验，果然在阴影的中央出现了一个亮斑。托马斯杨的双缝干涉实验和波松亮斑证实了光的波动性 。 十九世纪末，经典物理学理论在当时看来已发展到相当完善的阶段，常见的物理现象都可以从相应的理论中得到解释。对光的认识，人们已经确认光是一种电磁波。利用光的电

20、磁理论，能够很好地解释光的干涉、衍射和偏振等波动现象。但是就在这以后，相继发现了一系列用光的波动理论无法解释的光学现象，如光电效应、康普顿效应等，从而使光的波动理论陷入了困境。对这些现象的研究，揭示了光的粒子性，导致了近代物理学中一次重大的认识上的飞跃。 3、光的波粒二象性的发现 1887年，赫兹在作实验时偶然发现，当用紫外线照射一个电极（锌板）时，两极之间有火花产生，发生放电。金属中金属中的自由电子在光的照射下的自由电子在光的照射下，吸收光能而吸收光能而逸出金属表面逸出金属表面，这种现象称为光电效应光电效应。 光电效应简介实验现象（1）单位时间内逸出金属表面的光电子数，与入射光强度成正比。

21、（2）光电子的初动能随入射光频率的上升而线性地增大，与入射光的强度无关。 （3）如果入射光的频率低于金属的红限，则无论光的强度如何，都不会使这种金属产生光电效应。只要入射光的频率大于金属的红限，当光照射到金属表面时。无论光的强度如何，几乎立即就产生光电子。 经典理论所遇到的困难经典理论所遇到的困难 波动论认为，光波的能量决定于光波的强度，而光波的强度与其振幅的平方成正比。所以，入射光的强度越高，金属内自由电子获得的能量就越大，光电子的初动能应该越大。但实验结果却表明，光电子的初动能与入射光强度无关，与实验规律发生了矛盾。 根据波动论，如果入射光的频率较低，总可以用增大振幅的方法，使入射光达到足

22、够的强度，从而使自由电子获得足够的能量而逸出金属表面。所以，不应该存在入射光的频率限制。这与实验结果相矛盾。 另外，从波动论的观点看，产生光电子应该有一定的时间间隔，而不应该是瞬时的。因为自由电子从入射光那里获得能量，需要一个积累的过程，特别是当入射光强度较小时，积累能量需要的时间较长 。 面对在解释光电效应的上述规律时经典理论所遇到的困难，爱因斯坦于1905年提出了光子假说： 光是一粒一粒以光速在运光是一粒一粒以光速在运动的粒子流动的粒子流，这种粒子称为光子光子，或光量光量子子。每一个光子的能量每一个光子的能量，由光的频率所决由光的频率所决定定。如果光的频率为n ，则光子的能量可以表示为 。

23、 nh 引入光子假说后，光电效应得到了圆满的解释。金属中的自由电子从入射光中吸收一个光子后，能量变为 hn ，这些能量一部分消耗于逸出金属表面时所必需的逸出功A，另一部分转变为光电子的初动能，根据能量守恒与转换定律，应有 称为光电效应的爱因斯坦方程光电效应的爱因斯坦方程 。 爱因斯坦因在数学物理方面的成就，尤其是发现了光电效应的规律，获得了1921年度的诺贝尔物理学奖。Ahmvn221康普顿效应简介 1923年，美国物理学家康普顿在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长的x光外，还产生了波长大于原波长的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象

24、称为康普顿效应普顿效应(compton effect)。 用经典电磁理论来解释康普顿效应遇到了困难。康普顿借助于爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行了圆满地解释.我国物理学家吴有训也曾对康普顿散射实验作出了杰出的贡献。 康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具有动量的假设。这在物理学发展史上占有重要的位置。如果说，当1905年爱因斯坦提出了光子理论后还有不少人怀疑的话，那么，康普顿效应就使怀疑光子理论的人数变得非常少了。 这是康普顿散射实验原理图 实验结果可概括如下： n散射光谱中除了有原入射光的波长成分外，还有波长变大的成分。n波长偏移量随散射角的增大而增

25、大。经典理论解释康普顿效应遇到的困难经典理论解释康普顿效应遇到的困难 按照经典电磁理论，x光是波长很短的电磁波，光照射到散射体上所发生的可以这样解释： 当电磁波通过物体时，将引起物体内带电粒子从入射波吸收能量而出现受迫振动。而每个振动着的带电粒子可被看作电偶极子，它们向四周辐射能量，这就成为散射光。 从波动观点来看，带电粒子受迫振动频率应等于入射光的频率。所以，散射光的频率应与入射光的频率相同。可见，用光的波动理论只能解释波长不变的散射，而不能解释康普顿效应。用光子理论解释康普顿散射用光子理论解释康普顿散射 1923年5月，康普顿用爱因斯坦的光子概念成功地解释了x 射线通过石墨时所发生的散射。

26、 康普顿认为x 光在散射体上的散射可以看作是入射光子与散射体中原子的外层电子进行碰撞。此时，原子的外层电子与原子实结合得较松，可以认为此电子是静止的自由电子。在碰撞过程中遵循能量守恒和动量守恒原理。联立求解，得 其中 称为电子的康普顿波长。 这个结果不仅显示了散射谱线中存在着波长变长的成分，而且也说明了其波长增加量 随散射角的增大而增大，与散射体的种类无关。 康普顿效应的重要作用康普顿效应的重要作用 康普顿效应和他的理论解释发表后，在科学界引起了一场激烈的争论。爱因斯坦在肯定康普顿效应中起了特别重要的作用。当1923年爱因斯坦获知康普顿实验的结果后，热忱地宣传和赞扬康普顿的实验，还提醒物理学家

27、注意：不仅要看到光的粒子性，还要注意康普顿在实验中是依靠了x射线的粒子性测量其波长的。 康普顿效应研究的意义： 1.光子理论对康普顿散射的成功解释，进一步证明了普朗克量子理论和爱因斯坦光子理论的正确性。 2.证明了在光子与电子相互作用的微观领域中，能量守恒定律和动量守恒定律仍然适用。 3.说明了相对论效应在宏观领域与微观领域的适用性。 康普顿的这一发现也对量子物理的发展作出了重要贡献，使人们对光的认识大大地向前推进了一步。它是量子理论的一个重要实验证据。由于他的实验发现和理论工作的巨大成功，康普顿于1927年与英国的物理学家威尔逊同获诺贝尔物理学奖。五、光速的测定 光在真空中的速度是一个重要的

28、物理量，能否准确测定是物理实验技术水平和理论水平的标志。1、早期的实验 在光速的问题上物理学界曾经产生过争执，开普勒和笛卡尔都认为光的传播不需要时间，是在瞬时进行的。但伽利略认为光速虽然传播得很快，但却是可以测定的。1607年，伽利略进行了最早的测量光速的实验：在已知距离的两个高山峰上，放两盏灯，利用接收灯闪亮的时间去除间距，来测光速，但误差较大。 2、天文学方法 n由木卫蚀测量光速 由丹麦人奥罗斯罗末(1644-1710)于1675年提出。木星有13个卫星，I0（木卫一）是木星的一颗卫星，绕木星旋转一周的时间约42小时28分16秒，因此在地球上看I0蚀也应是42小时28分16秒一次，但他在观

29、测木卫I的隐食周期时发现：在一年的不同时期，它们的周期有所不同；在地球处于太阳和木星之间时的周期与太阳处于地球和木星之间时的周期相差十四五天。他认为这种现象是由于光具有速度造成的，由于地球在公转轨道上转动，两次观测木星时地球在自己轨道的位置不同，导致木星与地球的距离不一样，从I0发出的光信号到达地球的时间也就不同。用两次木卫蚀的时间差去除两次木星与地球的距离差，即可求得光速。 他还推断出光跨越地球轨道（两次木卫蚀地球距I0的距离差）所需要的时间是22分钟。1676年9月，罗麦预言预计11月9日上午5点25分45秒发生的木卫食将推迟10分钟。巴黎天文台的科学家们怀着将信将疑的态度，观测并最终证实

30、了罗麦的预言。罗麦的理论没有马上被法国科学院接受，但得到了著名科学家惠更斯的赞同。 惠更斯根据他提出的数据第一次计算出了光的传播速度：214000千米/秒。虽然这个数值与目前测得的最精确的数据相差甚远，但这个结果的错误不在于方法的错误，只是源于罗麦对光跨越地球的时间的错误推测，现代用罗麦的方法经过各种校正后得出的结果是298000千米/秒，很接近于现代实验室所测定的精确数值。 意义：揭示了光的传播需要时间，即光速有限。n由光行差测量光速 18世纪20年代，英国天文学家布拉德雷（Bradley)发现了恒星的光行差现象，再次证明了光速有限，并算出了光速值。17251728年间，布莱德雷在地球上观察

31、恒星时，发现恒星的视位置在不断地变化，在一年之内，所有恒星似乎都在天顶上绕着半长轴相等的椭圆运行了一周他认为这种现象的产生是由于恒星发出的光传到地面时需要一定的时间，而在此时间内，地球已因公转而发生了位置的变化由此测得光速为：C=299930千米/秒。旋转齿轮法： 1849年法国物理学家斐索，利用转动的齿轮，测出光传播的极短时间，计算出了光速。3、光速的实验室测定 通过实验，斐索得到的光速为15000500km/s。斐索作为在实验室测定光速的第一人，他的实验设计思想对后来实验室测定光速的各种各样的方法都有影响。但由于实验中采用齿轮的齿有一定宽度，遮光时间有一定的间隔，又由于齿轮转速不能更大的增

32、加，遮光次数也不能增加，因此不能很准确的测定时间，故光速的测定结果会有一定的偏差。傅科的旋转平面镜法： 傅科采用的旋转镜法是全部利用光学系统装置测定光速的第一个方法。傅科于1862年公布的结果为：c298000500km/s。n最值得提出的是傅科还用这种方法测定了光在水中的传播速度，证明了光在水中的速度小于其在空气中的速度，支持了光的波动说。迈克尔逊的光速测定方法n斐索、傅科测定光速的方法被后来许多人应用，他们针对其实验的一些缺陷不断的进行改进，其中最突出的是美国物理学家迈克尔逊(A. A. Michelson，1852-1931)。从1879年开始，他就开始对光速进行了长达50年的测量。他发

33、现傅科的实验由于光程太短而影响了测量精度，于是着手对傅科的实验进行改进。他在旋转镜M1和反射镜M2之间放置一个聚焦透镜，旋转镜在透镜的焦点附近，反射镜可拉至较远的地方。另外，反射镜还可用平面镜取代大口径的凹面镜，最后测得的光速值为300140km/s，误差小于万分之一，这样迈克尔逊就成为第四位成功测定光速的人。当时激光还没出现，光电技术水平还很低，迈克尔逊利用纯光学方法得到这样的测量值已经很不简单了。他还在精密光学仪器，以及用这些仪器进行的光谱学与计量学方面的研究工作上做出了重大贡献，是第一个获得诺贝尔奖的美国人。六、现代光学的发展 从20世纪中叶起，随着新技术的出现，新的理论也不断发展，已逐步形成了许多新的分支学科或边渊学科，光学的应用十分广泛。几何光学本来就是为设计各种光学仪器而发展起来的专门学