Fraunhofer发现太阳光谱中固定的黑线不随时间变化，不同季节、年月日，这些黑线始终固定在某个位置，因此这些黑线很可能不是地球大气层引起的，与地球无关.极有可能存在于太阳内部.之后他发现来自月亮和金星的光谱也具有太阳光谱一样的黑线.这是因为月亮和金星的光线都是太阳光的反射光.Fraunhofer因此推断，这些光谱中的线都来自太阳.此外他还观察了恒星fixed star的光谱，并且发现恒星的光谱中的黑线与来自太阳的不同，不同恒星的光谱中的黑线也不相同.有些恒星光谱中的线又与太阳光谱中的线一致.

Fraunhofer还有重大发现，那就是来自钠元素的黄色光谱中的明亮的黄色亮线与太阳光谱中两条黑色线（dark lines）D 一致，为什么油灯、油精灯和腊烛的光是明线光谱，而太阳光谱却是在连续光谱的背景上有无数条暗线?为什么前者的光谱中有一对黄色明线而后者正巧在同一位置有一对暗线？这些问题，Fraunhofer无法作出解答.直到四十多年后，才由基尔霍夫解开了这个谜.

Sodium Emission Lines

1809年，法国科学家阿拉果发现太阳光的极化并发现中性点.

法国大革命胜利后，巴黎很快成为世界的科学技术中心，革命政府向科学家提出的第一个实际要求是统一法国的度量衡.经拉普拉斯、拉格朗日和拉瓦锡等组成的委员会经过研究，认为首先要制作一条"世界各国万古通用"(这句话刻在巴黎国际计量局保存的铂铱标准米尺上)的标准尺，并确定标准单位米是地球经度圈(即子午圈)的四千万分之一.由天文学家德朗布尔(Delambre)和梅尚(Mechain)于1792年开始用三角测量法测出从法国敦克尔克到西班牙巴塞罗那南面的福尔门特拉岛约9.5 度的弧长，加上在秘鲁的测量结果，联合确定.利用他们的数据，米的标准长度就被确定了，但是梅尚想要获得更多的数据.1801年法国Bureau des longitudes要求一支测量队去增加巴塞罗那南部的子午线测量.梅尚继续领队并于1803年出发前往西班牙的巴塞罗那，他在6月测量了加泰罗尼亚海岸，到1804年7月时他已经穿过伊比沙岛和马略卡岛.然而还未完成测量就死于1804年.拉普拉斯要求泊松寻找一个人继续测量工作，泊松就推荐了他的年轻朋友阿拉果.1803年阿拉果通过考试进入巴黎的一所名为école Polytechnique的学校，到了巴黎后住进了他父亲的一个朋友的公寓，这位朋友将阿拉果介绍给比他大5岁的、于1802年获得école Polytechnique助教职位的泊松.他两成了朋友并经常讨论政治和数学.

子午线测量是一个令人沮丧的工作，经过考虑后阿拉果接受了这个有威望的邀请，并于1805年正式提名进入巴黎天文台的毕奥成为第二个队员并一起花了18个月学习必要的技术.实际上他们还被要求使用钟摆在行程中的不同地方测量重力，为精确估计地球形状提供数据.

1806年他们出发前往西班牙，受托测完西班牙东北部最危险和艰苦的一段，到1808年测定福尔门特拉岛纬度后，毕奥回国，留下阿拉果完成该岛和马略卡、伊萨维三岛的三角测量.这时法西战争爆发，阿拉果在马略卡岛山上点燃的测量用火堆，被误认为是引法军入侵的信号，1808年6月阿拉果被捕并被囚禁在岛上的要塞里.7月28日，阿拉果从监狱逃离.8月3日，他冒险潜入阿尔，乔扮成江湖商人，乘船回马赛.18日船近港口时，阿拉果又被西班牙海盗截回，囚禁3个月后才释放.坐船再赴马赛，又被北风吹到阿尔及利亚的布日伊湾.由伊斯兰阿訇带路循陆路到阿尔及尔，途中多次遇到狮子骚扰.阿拉果在阿尔及尔住了6个月，才乘船到马赛，又受到检疫隔离，在隔离期间，他最先收到了洪堡(Humboldt)的贺信，回巴黎后两人就住在一起，开始了他们之间长达40年的深醇友谊.

阿拉果回国后受到英雄般的接待，成为école Polytechnique助教并宣威法国科学院成员. 在光学上，阿拉果受到托马斯杨和马吕斯的影响，重做了马吕斯的实验.

第一次天文上的偏振光的观察是阿拉果1811年做的，他用他的设备，一个可以旋转的二色性过滤器rotating dichroic filter观察月亮，看被月亮反射的太阳光是否具有与马吕斯观察通过玻璃反射的阳光一样具有相同的性质.

与此同时，阿拉果还观察到白天的阳光被极化了，在与太阳城90°的天空看到了令人印象深刻的黑色区域交替变化.发现最强的极化处与太阳的夹角是90°.他还发现地球另一侧25°左右阳光没有极化，这一点就是阿拉果中性点.

In 1811 Arago observed the optical activity of quartz, and Jean Baptiste Biot(1774-1862) French physicist discovered the high polarization of the rainbow.In 1812 Arago constructed a filter from a pile of glass sheets.

In 1815 Biot established the optical activity of certain liquids (e.g. turpentine)and discovered the strong dichroism of tourmaline crystals. In the same year,David Brewster (1781-1868) Scottish physicist discovered the law giving therelationship between the refractive index of a medium and the angle of incidence at which reflected light is totally linearly polarized. However, in 1810 Malus was the first, who recognized the existence of such an angle in the reflection of light from the water surface.

上面已经说过，马吕斯使用的玻璃质量不高，直到Brewster才使用了高质量的玻璃得到该定律.

Together with Arago, Augustin Jean Fresnel（菲涅尔） (1788-1827) French physicist and engineer investigated the interference of polarized rays of light and found in 1816 that two rays polarized at right angles to each other never interfere. This fact could not be reconciled with the assumption of longitudinal waves of light, which had hitherto been taken for granted. Thomas Young (1773-1829) English physicist and physician,who had heard of this discovery from Arago, found in 1817 the key to the solution when he assumed that the vibrations were transverse.

法国物理学者奥古斯丁•菲涅耳(Augustin Fresnel,1788 -1827)是法国工程师，是一位建筑师的儿子，1788年出生于法国厄尔省布罗意(Broglie).他年少时在学习方面较迟钝，直到八岁时仍然不会阅读.十三岁时他进入法国卡昂中央理工学院(École Centrale in Caen)，十六岁多进入巴黎综合理工学院，在那里他以优异的成绩证明了自己的天分.之后他进入国立桥路学校，1809年毕业并取得土木工程师文凭，其后进入法国政府的一个大型集团.

菲涅耳最初被分配到位于[法国]尼永的western département of Vendée，1812年被送到southern département of Drôme帮助修建连接意大利和西班牙的帝国高速公路.正是在尼永，我们找到了他对光学感兴趣的第一个证据.在1814年4月，拿破仑战败后被放逐到厄尔巴岛，修路工作被迫放缓，菲涅耳写了一封信给他的哥哥，说到：“我想要一些可以告诉我法国物理学家关于光的偏振性的书籍，几个月前我在moniteur上看到让-巴蒂斯特•毕奥已经向学术机构提交了光的偏振性的报告，我绞尽脑汁思考，始终不明白那是什么.”

1814年年末，他依然没有这方面的任何信息.1815年3月，觉得拿破仑从厄尔巴岛放回是对文明的攻击，于是他擅离职守，赶往图卢兹为保皇派战斗，但是很快受了伤，败退回尼永，回来后受到威胁，窗户都被打碎了.在拿破仑返回后的法国百日重建中，菲涅耳失去了工作并被监视，其后最终允许他回到位于马蒂厄的他母亲的家里.在那里他时间充裕地开始了光学实验.由于衍射方面的实验，使他相信光是一种波动，并开始了长达10年的研究以使他的观点发展为更易于理解的用数学描述的理论.

惠更斯发展了波动理论.但是由于他把光看成象声波一类的纵波，因此不能解释偏振现象.他的波动理论也不能解释干涉和衍射现象，因为那时还没有建立周期性和位相等概念.

托马斯•杨做了一系列实验证实光看起来有类似波的行为（杨氏双缝实验）,显示了光的波的特性并且证实光不是之前牛顿和其他人认为的是微粒.

在法国人菲涅耳的年代，光有以牛顿为代表的微粒说和惠更斯为代表的像水波一样的波动说.菲涅耳非常渴望找出哪种理论是正确的.光的大部分现象都可以用两种理论解释，比如反射和折射现象.包括法国科学家拉普拉斯在内的学者都支持微粒说.

菲涅耳把自己的注意力集中到了光的衍射现象.托马斯杨于1801年进行的双缝干涉实验是干涉现象的第一次实验（有人认为没有证据证明杨做过这个实验）.这个现象在当时既没有波动说的解释，也没有微粒说的解释.

通过对衍射效果的研究 —— 当一根头发或其他很细的物体被一束狭窄的光线照亮时所产生的阴影和色带 - 他希望基于光的直线传播来验证光的波动说的假设.如果可也，就找到对波动说的正面支持.成功的关键是从声波的理论中找到干涉原理的应用，将一片黑色纸张贴到衍射器的一边（edge）（不是一端），菲涅耳观察到位于阴影区的光带消失了.他推断到，阴影内部的光带同时依赖于衍射器两边的光线的射入.因为纸张另一侧的、阴影外的光带/色带依然存在，因此这些光带似乎是因为直接来自光源的光线与衍射器边缘反射的光线交错产生的.基于机械的看法，这些效应似乎只有将光看做是一种波才可以解释.（实际上是用干涉解释衍射图案），亮光带是光相互增强的地方，黑色的交替带是一些奇数或半波带相互重叠抵消的地方.

为了将相增相减的理论拿去验证，菲涅耳设计出了带有决定干涉是否产生的因数的简单的代数公式与这些光带相联系起来 - 相互交叉的光线的路径长度的不同以及波长的不同.用单色红光来做实验并且测量了各个光带与光源的距离、与衍射器的距离，以及与接收屏的距离.他发现实际值与公式的值十分接近.

尽管1815年10月的一份论文使arago接受了光的波动说并且得到了法国科学院极好的印象，菲涅耳距离完整的衍射理论还有很远的距离.他毫无差别地使用了rays，vibrations，inflection，diffraction显示他还有对微粒说的残余，以及他的公式还缺乏精确性.菲涅耳在两端合在一起的、夹角几乎是80°的两块镜子前放了一个很小的光源，经过必要的修正后获得正确的条件，他看到从一块镜子反射的光线与另一块镜子反射的光线相互交错并干涉而产生的有色光带.用干涉解释这些有色光带显得十分正确，因为光带的位置与干涉公式得到的理论数据一致.Although inflection was thus effectively discredited，菲涅耳想到需要更进一步的refinement.使用直线传播的光线以及参考到衍射器边缘的距离来预测光带的位置只有假设光线在衍射器边缘处有半个波长的损失才成立.否则就会有一个无法解释的矛盾，有光带的位置会出现暗带，而有暗带的位置会出现光带.带着强烈地要去除这个假设的欲望，菲涅耳在一个新的基础上重新构建了他的理论，这一步，使他超越了托马斯杨.他大胆地将惠更斯的波动理论与干涉原理相结合，应用于衍射.他假定每一个波前的弧上的每一点都产生一个新的波，这些新的波通过衍射器并相互干涉.问题就在于去determine衍射器后面任何一点处的由所有子波产生的合成的振动.数学上的困难十分艰巨，需要几个月的时间.菲涅耳成功地减小了理论与因数的不同的一半.还不到1818年春天，他就成功实现了目标.由于工作原因，他不得不继续到部队工作，他努力向他的主管请求离开.无论何时一返回巴黎，他就拿起之前放下的头绪继续研究.菲涅耳最终获得法国科学院的奖，期间还得到泊松亮斑.

在某些情况下光表现出了一种不对称的样子使得光的波动理论受到了严重的挑战.微粒可能有端，但是纵波却没有.当知道了马吕斯的光反射后被极化的发现后，托马斯杨从自信变得犹豫不决.相反，菲涅耳却大胆地早早开始了他的研究，去找出光的波动假设与光的不对称之间的调和之处.为了找出极化的光的本质的线索，菲涅耳的第一个任务是去寻找一种可以相互比较的方法，在这种方法中，极化的光的效应应该与普通光线的已知特性相互比照.特别地，菲涅耳决定用极化的光代替普通光来做普通的光线产生干涉的实验，看看是否会有干涉产生.最初的实验是与阿拉果一起于1816年开始的，但是没有任何新的发现，极化的光像普通光一样产生干涉现象.菲涅耳质疑这些草率的测试，几个月后开始了新的实验，得到的结果完全不同，借助阿拉果的帮助，他确信无疑地展现出，普通光线能够干涉的情况下，极化了的，极化面互相垂直的极化光不发生干涉，相互之间不会发生作用.

理论上的暗示十分令人迷惑.在一份报告这个研究的草稿中，菲涅耳提供了两种假设，一种是自己的，另一种来自安培.极化面相互垂直的两束极化光不发生干涉的实验暗示，光的振动要么是横向的，要么是横向与纵向的组合.但是这两种假设似乎都不正确.流行的弹性理论持有的横波只在固体介质中才有，而向四周扩散的以太不应该与天文学中解释的自由的，没有束缚的行星的运动一致.提交给法国科学院的报告中，菲涅耳只留下一个假设，但是经过研究后，阿拉果小心翼翼地否决了所有理论.

为了更多的线索，菲涅耳将注意力转向极化的光的反射的影响.他的第一个努力，总结于1817年的论文中，导致了一种新的发现，后来被称为“circular polarization” 这种光似乎与传播方向的轴对称.但是在其他方面又表现得像极化了的光.Fresnel determined that these characteristics would follow if the light were supposed to consist of two components with mutually perpendicular planes of polarization and a phase difference of a quarter undulation. Another important investigation, completed in March 1818, showed that the rotation of the plane of polarization associated with the passage of light through quartz and certain liquids depends upon a weak double refraction and the superposition of two circularly polarized rays.

当考虑这些研究的暗示时，菲涅耳逐步意识到光只可能是横波.菲涅耳在这方面的解释还保留了一种流体的本质特性.这次，一直支持他的阿拉果都不太敢赞同他.

1817年，菲涅耳与他的同事阿拉果开始做实验来验证polarized light在托马斯杨的衍射实验中的干涉影响，最初他们都认为光是纵波，但是实验后他们没办法以纵波为基础解释实验现象，阿拉果写信给杨，杨建议说，如果将极化光看做只有两个相互垂直的横向振动的波，而且没有纵向振动就可以解释.

菲涅耳的解释只针对polarized light，他的基于振幅的数学公式无法应用到普通光上.他于1824年去世后，提供数学方法描述unpolarized light干涉效果的任务传给了后人，但是之后很多年都没人有所突破.

直到35年后的1852年，George Gabriel Stokes使用了一个新的概念来描述光 – 光的强度，quantities，intensities，使得polarized 和unpolarized light 都能被描述和解释.

1845，Michael Faraday (England). Described the rotation of the plane of polarized light that is passed through glass in a magnetic field (the Faraday effect)

当奥斯卡发现通电导线周围的磁针发生偏转后，法拉第意识到，固定磁铁时，通电导线会在磁场中运动，因此设计了第一个电动机.

到1845年时，通过菲涅耳、马吕斯等人的工作，通过恰当的引导（oriente），不同物质可以改变光的极化方向，使得极化的光成为研究不同透明物质的特性的强有力工具.

法拉第有一种信念，坚信自然界中各种不同形式的力之间是相互联系的，可以相互转换，在法拉第之前，通过计算和实验，罗迈在1676年通过木星卫星周期变化推测出光的速度，威廉•沃森的实验证实电在导线中的传播速度是瞬时的，放电发光、闪电等现象都暗示电与光之间的关系，由其是对于像法拉第这样相信自然界不同形式的力之间具有相互联系的人来说，光携带能量使物体运动.其次，法拉第不像他同时代的人，认为电是一种流体，他认为电是一种振动或力在导体中由于tensions而传播.he was not convinced that electricity was a material fluid that flowed through wires like water through a pipe. Instead, he thought of it as a vibration or force that was somehow transmitted as the result of tensions created in the conductor. One of his first experiments after his discovery of electromagnetic rotation was to pass a ray of polarized light through a solution in which electrochemical decomposition was taking place in order to detect the intermolecular strains that he thought must be produced by the passage of an electric current. During the 1820s he kept coming back to this idea, but always without result.他花了很多精力来寻找电力对极化光的影响，起初是通过分解电解水开始的，但是实验方法不够敏感，直到30年后才由John Kerr测量出来.其后法拉第又寻找磁力对通过不同物质的极化光的影响.经过几次不成功的实验后，他突然测试了一小片含有微量lead的有点重heavy的玻璃，这块玻璃是他之前制作玻璃时制作的.极化光的极化方向发生了偏转，偏转角度与力的大小乘正比.之后他在其他几种固体、液体和气体中加入stronger electromagnets后，也产生了类似的效果.1845年，法拉第希望寻找实验证据，证明自然界中的所有力都有相互联系.通过仔细的实验检查线性极化的光线通过透明的绝缘体，且绝缘体置于与光线同方向的磁场中时，发现光的极化平面发生了旋转.

Argand lamp是当时标准的油灯，光线以Brewster’angle通过玻璃表面反射后成为一束垂直的polarized light.

这种灯发出的光是没有极化的光，这个光以布鲁斯特角（以这个角度入射时，垂直极化的光完全入射到玻璃内）在玻璃表面反射，反射出来的光是完全水平极化了的.

极化光通过处于磁场中的物质样品，再进入Nicol目镜，这个目镜是基于Nicol棱镜制作的，只允许通过一种极化光.

当目镜与极化光的极化方向平行时，可以看到光的最大亮度，当与光的极化方向垂直时，看到的光的亮度最小.

在法拉第的科研工作的最初阶段，他相信可以统一自然界的各种力，即各种自然界的力之间可以相互转化.

在1846年法拉第基于自己的这种看法向公众做了一些推测.有一个演讲者本来计划在星期五的傍晚在皇家科学院做演说，结果在最后阶段十分慌张地跑出去了，留下法拉第和满堂的听众，就在此时，法拉第呈现了关于光的振动的看法.特别之处原子及其力场，他建议，这些原子的电力线和磁力线实际上是光传播的媒介.很多年后，麦克斯韦基于这个推断建立了电磁场理论.

1845年，当法拉第返回来开启研究时，再一次要处理阻碍他很多年的问题，也就是他假设的电紧张状态.他依然相信电紧张状态（electrotonic state）一定存在，只是还没有探测的方法.用电力线通过物质的方法，他再次努力寻找物质内部分子间相互拉伸作用的信号，但是又一次失败了.此时有一个苏格兰年轻人威廉姆 汤姆森（后来的开尔文爵士）写信给法拉第，说到，他已经研究过法法拉第关于电和磁的论文，并且也深信分子间的某种应力关系必定存在.

汤姆森建议用磁力线代替电力线，因为磁力可以比电场力产生更强的作用.法拉第采纳了建议，将一束平面偏振光通过他在1820年代制造的一块具有高折射率的光学玻璃，然后打开一个电磁铁使磁力线与光线平行.这一次法拉第成功了.光的极化平面发生了转动，这暗示玻璃内的分子间有应力.但是法拉第再次注意到一个没有预料到的结果，当他将光的方向转变180°时，光的极化平面的转动方向没有变.法拉第正确地解释了这个事实，那就是应力不是来自玻璃的分子之间而是磁力线.光的极化平面的转动方向只取决于磁力线的极化，玻璃只起到探测这个效应的作用.