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奥古斯丁·让·菲涅耳

Augustin_Fresnel

奥古斯丁·让·菲涅耳(Augustin-Jean Fresnel,1788年5月10日~1827年7月14日),法国物理学家。他的主要工作是对光的本性的研究,对于波动光学的理论建立做出了杰出的贡献,曾利用自己设计的双镜和双棱镜做光的干涉实验,继托马斯·杨之后再次证实了光的波动性,并提出了两束光发生干涉的条件,诸如:惠更斯-菲涅尔原理、菲涅尔衍射、对于反射现象和折射现象得出的菲涅耳方程以及较好的解释了物质的旋光性等。此外,他还设计了一种特殊的透镜,称为“螺纹透镜”(菲涅耳透镜);又算出光在运动媒质中传播时所谓的“曳引系数”,以后也为实验所证实。

 

生平简介

 

奥古斯丁-菲涅尔(Augustin-Jean Fresnel)是一位建筑师的儿子,出生于布罗意(厄尔)-诺曼底罗利耶城,他早期在学习方面较迟缓,而且在他八岁时仍然无法阅读。十三岁时他进入法国巴黎卡昂中央理工学院,十六岁多进入法国巴黎的综合理工学院,在那里他以优异的成绩宣告自己无罪。此后他从那里迈向学校的土木工程,曾先后担任工程师,在各部门里都有着许多支持与权利,但在1814年他失去了拿破仑对他的赏识,使得权力全失。

1815年在拿破仑二世恢复君主制后,他在巴黎重新获得一份工程师的工作,从那时候起他花了许多自己的生活,开始研究光学,在1814年他准备了一份有关光行差的文件,虽然最后这份文件并未公诸于世,不过他在1818年写了一本属于自己的回忆录,让自己在随后的一年,因为对衍射的研究,而得到了巴黎科学宫的奖!他是首位构造一个特殊类型的镜子,现在称作“菲涅尔透镜”,作为替代镜子界的灯塔。1819年他被提名为“处长灯塔”。

1823年大家一致推选他成为学院中的成员,并于1825年成为了英国伦敦皇家学会成员。1827年他罹患了重病,伦敦皇家学会授予他一枚“拉姆福德奖章”。菲涅耳死于结核病在赖巴黎的附近,在他一生中的光科学事业中的劳动力及一些他的论文学打印,只有收到很少市民的认同,直到他死后许多年后,当他写信给青少年于1824 年:自己的情感或许该给人荣耀之称的爱情虚荣心及所有的致意。他说我收到了阿拉戈,拉普拉斯和毕从来没有给我这么多的快乐作为理论的真理,发现和确认的计算试验。他的名字是刻在于埃菲尔铁塔上的 72 名之一。

 

科学研究

 

菲涅耳(Augustin-Jean Fresnel 1788-1827)法国土木工程师,物理学家,波动光学的奠基人之一。1788年5月10日生于布罗利耶,1806年毕业于巴黎工艺学院,1809年又毕业于巴黎桥梁与公路学校。1823年当选为法国科学院院士,1825年被选为英国皇家学会会员。1827年7月14日因肺病医治无效而逝世,终年仅39岁。

菲涅耳的科学成就主要有两个方面。一是衍射。他以惠更斯原理和干涉原理为基础,用新的定量形式建立了惠更斯--菲涅耳原理,完善了光的衍射理论。他的实验具有很强的直观性、明锐性,很多现仍通行的实验和光学元件都冠有菲涅耳的姓氏,如:双面镜干涉、波带片、菲涅耳透镜、圆孔衍射等。另一成就是偏振。他与D.F.J.阿拉果一起研究了偏振光的干涉,确定了光是横波(1821);他发现了光的圆偏振和椭圆偏振现象(1823),用波动说解释了偏振面的旋转;他推出了反射定律和折射定律的定量规律,即菲涅耳公式;解释了马吕斯的反射光偏振现象和双折射现象,奠定了晶体光学的基础。

菲涅耳由于在物理光学研究中的重大成就,被誉为“物理光学的缔造者”。
他的主要成就大多集中在光学的衍射和偏振方面。他的研究工作的特点是:精心设计实验,并将实验结果和波动说理论进行比较,进而建立完善的理论,再由实验和计算加以验证。可以说他的一生,为波动光学从实验到理论的建立起了不可磨灭的作用。

1815年他向巴黎科学院提出了第一篇论文《光的衍射》这篇论文一开头他就批评了微粒说,认为它引进的种种假设如微粒因色而异、突变等等说明不了光为什么具有一定速度,而波动说全不需要任何假设。论文中提出了他的衍射理论及其实验根据。1816年,他又陆续提交了关于反射光栅和半波带法的论文。

1817年3月,巴黎科学院决定将衍射理论作为1819年数理科学的悬奖项目。5人评审委员会中拉普拉斯、比奥和泊松是微粒说的支持者,盖-吕萨克中立,只阿拉果一人支持波动说。在安培和阿拉果的鼓励下,菲涅耳改变了对悬赏不感兴趣的态度,于1818年4月提交了论文。论文用严格的数学证明将惠更斯原理发展为后来所谓惠更斯-菲涅耳原理,即进一步考虑了各个次波叠加时的相位关系。这就圆满地解释了光的反射、折射、干涉、衍射等现象,消除了波动说的最大困难枣对光的直进现象的解释。此外,论文中还用半波带法给出各种实验结果的积分计算。支持微粒说的油松发现了菲涅耳未注意的推论:圆板阴影的中心应该有一亮点。阿拉果立即用实验得到了验证。菲涅耳本人也根据泊松提出对圆孔的其他补充问题顺利地用实验给出了回答,科学院一反初衷,决定将奖金授予菲涅耳。由此,波动说得到了巨大胜利。 但还需要用波动说进一步解释偏振现象。在这方面,菲提耳受杨氏双光干涉实验的启发,和阿拉果合作进行了各种实验,发现了偏振光的干涉现象,从而进一步论证了光的横渡性(1821);发现了光的圆偏振和椭圆偏振现象,并从波动观点加以解释;用波动说解释了光的偏振面的旋转(1823);他还用光的横波性及弹性理论导出了关于反射光和折射光振幅的著名公式即菲涅耳公式,从而解释了法国物理学家马吕斯(EtienasLoutsMallis,1775~1812)所发现的光在反射时的偏振现象和双折射现象,为晶体光学奠定了基础。

他的发现与数学的演绎,建设实验工作是由汤玛斯 • 青年,扩展光学现象的一大类光的波理论。1817 年,青年提出小的横向元件,同时还保留了大多的纵向元件。菲涅耳,年 1821,得以通过数学的方法显示可以解释极化,只有光是完全横向的,没有任何的纵向振动。他提议乙醚拖动来解释天文观测变化缺乏的假说。他使用的金属,形成彼此的近180°角的两个平面镜影像以避免造成 (孔) 的衍射效应,格里玛律迪干涉了这个实验,这使得他能够最终负责按照波浪理论的干扰现象。弗朗索瓦 • 阿拉戈与他学过的极化光线的干扰的法律。他获得圆偏振光的菱形的玻璃,称为菲涅耳菱形,有126°的钝角和54°的急性角。

 

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