波動

波動是一種常見的物質運動形式。例如繩上的波、空氣中的聲波、水面波等，這些波都是機械振動在彈性介質中的傳播，稱為機械波。形成機械波的成因是介質中質點受到相鄰質點的擾動而隨着運動，並將形振動形式由遠及近的傳播開來，各質點間存在相互作用的彈力。機械波是質點羣聯合起來表現出的週而復始的運動現象。

此外，無線電波、光波、X射線等也是一種波動，這種波是變化的電場和變化的磁場在空間的傳播，稱為電磁波。

各種形式的波的共同特徵是具有周期性。受擾動物理量變化時具有時間週期性，即同一點的物理量在經過一個週期後完全恢復為原來的值；在空間傳遞時又具有空間週期性，即沿波的傳播方向經過某一空間距離後會出現同一振動狀態（例如質點的位移和速度）。

17世紀 ，R. 胡克和C. 惠更斯創立了光的波動説。惠更斯曾利用波前概念正確解釋了光的反射定律、折射定律和晶體中的雙折射現象。這一時期，人們還發現了一些與光的波動性有關的光學現象，例如F. M. 格里馬爾迪首先發現光遇障礙物時將偏離直線傳播，他把此現象起名為“衍射”。胡克和R. 玻意耳分別觀察到現稱之為牛頓環的干涉現象。這些發現成為波動光學發展史的起點。17世紀以後的一百多年間，光的微粒説（見光的二象性）一直佔統治地位，波動説則不為多數人所接受，直到進入19世紀後，光的波動理論才得到迅速發展。

1800年，T.楊提出了反對微粒説的幾條論據，首次提出干涉這一術語，並分析了水波和聲波疊加後產生的干涉現象。楊於1801年最先用雙縫演示了光的干涉現象（見楊氏實驗），第一次提出波長概念，併成功地測量了光波波長。他還用干涉原理解釋了白光照射下薄膜呈現的顏色。1809年E. L. 馬呂斯發現了反射時的偏振現象（見布儒斯特定律），隨後A.-J. 菲涅耳和D. F. J. 阿拉戈利用楊氏實驗裝置完成了線偏振光的疊加實驗，楊和菲涅耳藉助於光為橫波的假設成功地解釋了這個實驗。1815年，菲涅耳建立了惠更斯-菲涅耳原理，他用此原理計算了各種類型的孔和直邊的衍射圖樣，令人信服地解釋了衍射現象。1818年關於阿拉戈斑（見菲涅耳衍射）的爭論更加強了菲涅耳衍射理論的地位。至此，用光的波動理論解釋光的干涉、衍射和偏振等現象時均獲得了巨大成功，從而牢固地確立了波動理論的地位。

19世紀60年代，J. C.麥克斯韋建立了統一電磁場理論，預言了電磁波的存在並給出了電磁波的波速公式。隨後H. R. 赫茲用實驗方法產生了電磁波。光與電磁現象的一致性使人們確信光是電磁波的一種，光的古典波動理論與電磁理論融成了一體，產生了光的電磁理論。把電磁理論應用於晶體，對光在晶體中的傳播規律給出了嚴格而圓滿的解釋。19世紀末，H. A. 洛倫茲創立了電子論，他把物質的宏觀性質歸結為構成物質的電子的集體行為，電磁波的作用使帶電粒子產生受迫振動併產生次級電磁波，根據這一模型解釋了光的吸收、色散和散射等分子光學現象。這種經典的電磁理論並非十全十美，因在關於光與物質相互作用的問題上涉及微觀粒子的行為，必須用量子理論才能得到徹底的解決。

波動光學的研究成果使人們對光的本性的認識得到了深化。在應用領域，以干涉原理為基礎的干涉計量術為人們提供了精密測量和檢驗的手段（見干涉儀），其精度提高到前所未有的程度；衍射理論指出了提高光學儀器分辨本領的途徑（見夫琅和費衍射）；衍射光柵已成為分離光譜線以進行光譜分析的重要色散元件；各種偏振器件和儀器用來對巖礦晶體進行檢驗和測量，等等。所有這些構成了應用光學的主要內容。

20世紀50年代開始，特別在激光器問世後，波動光學又派生出傅里葉光學、纖維光學和非線性光學等新分支，大大地擴展了波動光學的研究和應用範圍。