光学、应用光学和光谱学

在光学与应用光学包括光源、光学材料光谱学等在内，上半世纪中国物理学工作者中多数人参与了这一领域的研究，取得了较多的成就。

1925 年前后，谢玉铭(1893～1986)在美国芝加哥大学物理系跟随著名物理学家、诺贝尔物理奖获得者 A.A.Michelson 教授从事光的干涉研究。1928 年，严济慈在法国进行水晶压电效应研究时，首次测定了居里压电效应“反现象”的数据。同时，发现了不同于 Kerr 效应的一种双折射新效应， 即在垂直于电轴方向的水晶面上施加正电压则在该方向的双折射增大，而垂直于光轴与电轴的第三轴向的双折射减小；如果施加电压为负，则结果相反。1931 年严济慈在钱临照(1906～)的协助下，在北平物理研究所开展压力对照相乳胶感光性能影响的研究，发现压力能减弱乳胶的感光性能，

且压力愈大，效应愈显著。如用γ射线为光源，效应则相反：压力愈大， 效应愈不明显。他们的研究成果于 1932 年发表在《法国科学院周刊》上。

30 年代后期，龚祖同(1904～1986)在德国留学期间从事光学系统高级像差的研究，设计了野外望远镜，为把光学设计和军用光学仪器设计引入中国打下了基础。 1938 年，他在昆明试制成功 6×30 军用双目望远镜、机枪描准镜和 80 厘米倒影测远机等我国第一批军用光学仪器。1952 年，在他的领导下，制造出中国的第一炉光学玻璃。1937 年，钱临照发表了有关玻璃的表面微裂缝的研究成果，40 年代又在昆明以 Hilger 棱镜干涉仪实验地描述了光谱中相邻两光波的干涉图象及其性质，并对此做出了理论解释。特别是通过这个实验，他提出可以以这种简便的方法达到提高光谱线分辩率的途径。这在当时是一个富有创造性的研究工作。40 年代，王大珩(1915～)在英国从事光学玻璃研究工作，成功地研制成数种新型稀土光学玻璃的配方，并获得专利。他还研究了不同退火条件下，对光学玻璃的折射率、内应力以及光学均匀性的影响，研制成了 V 型棱镜精密折射仪。这些研究成果获英国仪器制造协会第一届 Bowen 仪器发展奖。同时，他还研究了各级球面像差对最佳焦点位置的影响。这种思想至今仍是小孔径小像差光学系统设计中像差校正和质量评价的重要依据。日本学者曾给予他的这项研究很高的评价。1946 年，何增禄(1898～1979)提出了以改变光程的方法改变光波频率的理论，说明多普勒效应“红移”现象是特例情况。

在光谱学方面从事研究的中国学者甚多，其重要成就有：桂质廷(1895～1961)1925 年在美国普林斯顿大学研究双原子气体的低压弧光的光谱及其特征。饶毓泰(1891～1968)20 年代末至 30 年代初，在德国研究了 Rb 和 Cs 原子的倒 Stark 效应，观察到这两个元素主线系的分裂和红移。该项成果对当时正在发展的量子力学微扰理论提供了重要的实验数据。1933～1938 年间，他在北京大学研究了 ClO3-、BrO3-和 IO3-的 Raman 光谱， 测定了光谱的退偏振度，从而定出了这些自由基的结构。1944～1947 年间，他又在美国与 A.H.Niclson 等合作进行了分子光谱的研究，研究 C¹²O216 和 C¹³O216 的分子振动-转动光谱，获得了含同位素的气体分子的转动光谱， 为研究同位素的气体分子的振-转光谱提供了方法和基础，并且可以获得分子内部的重要信息。1932～1934 年间，谢玉铭在美国和 W.V.Houston 合作开展氢原子光谱 Balmer 系的精细结构研究，发现了 40 年代后期得以肯定的著名的“Lamb 移位”，并提出了与 40 年代后期有关重整化理论的发展方向相同的大胆建议。但是当时并没有引起物理学界足够的重视。而1947～1948 年间，兰姆(W.E.Lamb)等人所做的类似的实验及发现却获得了

1955 年诺贝尔物理学奖。就现在看来，谢玉铭及其合作者当时的工作是杰出的，不仅结果正确，而且提出的建议也是惊人的。谢玉铭的这项工作可以说是中国上半世纪物理学的一项重大成就。吴大猷(1907～)对光谱学也做了大量研究，早在 1931 年，他在美国曾设计了一种弯形狭缝以改进红外

光谱的弯形影像，提高了光栅的分辨率。在 30 年代，吴大猷研究了多种原子分子光谱，并与郑华炽(1903～1990)等合作，研究了苯及其衍生物的Raman 光谱，发现并证明了苯的同位素移动，对此做了正确解释。1939 年， 吴大猷完成了《多原子分子振动光谱及其结构》一书（1940 年在上海出版），这是当时国际上第一本、也是有关课题的唯一专著。它的出版受到

国际学术界的赞扬，在美国连印三版，在今天，它作为一本经典著作仍被国际学术界所重视。严济兹和钟盛标、陈尚义等在 30～40 年代研究氢、氖、铷、铯、硒、碲等元素的原子及其分子光谱，碱金属的紫外线光谱，尤其是对臭氧的紫外线光谱吸收系数的研究，为国际气象学家测定高臭氧层厚度提供了参照数据。赵广增(1902～1987)专长光谱学，对我国实验光谱学的研究起过重要作用。他在美国 Michigan 大学深造期间(1936～1939 年)， 曾在 O.S.Duffendack 主持的气体导电光谱学实验室从事电子与原子和分子的碰撞激发、原子和分子的激发和离化的研究。1939 年又在 H.R.Crane 实验室利用直线加速器研究高能电子与原子核的相互作用。1940 年回国后，继续从事研究电子与原子和分子的碰撞及离化问题。50 年代中期，他在中科院应用物理所和北京大学分别研究了 Cds 和 Cu2O 单晶激子光谱，先后获得了 Cu2O 在可见光谱区液氮温度下，黄区和绿区吸收的类氢光谱线系、红区的极细吸收谱线系和吸收台阶，分别研究了这些光谱线系和吸收台阶随压力（晶体各向异性压力）移位。同时，他还在红外光谱区域开展了 Cu2O 的压力效应及价带的压力效应研究。这些研究在国内外都是领先的工作。周誉侃(1908～1976)在光谱学理论和实验方面均有很深的造诣。30 年代后期，他在德国着重研究稀土金属盐的晶体及其溶液的吸收光谱，选择 NdF3 作样品，拍摄和测量可见光区的 7 个谱线组和红外区的 2 个谱线组，从电子跃迁和外晶格振动激发的复合谱线中成功地分离出纯电子跃迁谱线，发现这类谱线强而尖锐，而晶格振动谱线则在短波方向上弥散。他们的实验精度达到很高的水平。此外，他还测算了一些谱线组，根据单个谱线组的谱线数目算出相应能级的内量子数 J 值，与理论上的可能值相一致。