1、光學的發(fā)展及演變 uD ;T
談到光學和光學工程，首先要談一下光學發(fā)展史。 j2 >WHh
光學是一門古老的科學，中國古代的墨子（墨翟）和古希臘的歐幾里德、托勒密都對此做出過杰出貢獻。 \D#+0
光學作為一門科學（也就是有定義、定理、學說等），應該說是從牛頓開始。1664年，牛頓開始研究光學，時年21歲。1671年牛頓制作勒第二臺反射式望遠鏡（長1.2m，直徑2m）；1672年發(fā)表了“光和色的新理論”；1704年發(fā)表了“光學——關于光的反射、折射、彎曲和顏色”的論文，敘述了幾何光學的基本原理。此外，牛頓的分光實驗以及牛頓環(huán)的發(fā)現(xiàn)，使光學由幾何光學進入了物理光學領域。因此，我們通常說，光學自牛頓開始，迄今已有300多年的歷史了。 >}u#KBedE
在光學發(fā)展的300多年的歷史中，牛頓的光微粒說統(tǒng)治達100年之久，但也不斷持有波動說主張者加以反駁。19世紀初，菲涅耳以大量的實驗證據，使光的波動理論得以確立。在后來的發(fā)展中，對光認識具有根本性變革的是麥克斯韋關于光的電磁波理論。1900年，普朗克提出了量子假說，他是為解決當時所謂“紫外災難”而提出黑體輻射的能量分布公式，但需假定物體的輻射能不是連續(xù)變化，而是以一定整數倍跳躍式變化，才能對他（普朗克）的黑體輻射公式作出合理的解釋。這個最小的不可再分的能量單元稱為“能量子”或“量子”。當時的物理學家認為：量子假說與物理學界幾百年來信奉的“自然界無跳躍”理念相矛盾，普朗克本人甚至也放棄量子論繼續(xù)用能量的連續(xù)變化的概念來研究輻射問題。 t!>0^['g4
第一個意識到量子概念的普遍意義并將其運用到其他問題的是愛因斯坦。他提出了光子的概念，建立了光量子論以解釋光電效應中的新現(xiàn)象。光量子論的提出使光的本性歷史爭論進入了一個新的階段。自牛頓以來，光的微粒說和波動說此起彼伏，爭論不已。愛因斯坦的理論重新肯定了微粒說和波動說描述光的行為的意義，它們均反映了光的本質的一個側面：光有時候表現(xiàn)出波動性，有時候表現(xiàn)出粒子性，但它既非經典的粒子，也非經典的波。這就是光的波粒二象性。此后，玻爾、薛定諤、海森伯的量子力學理論的提出又進一步推動了光的發(fā)射和吸收的量子光學的進展，從此光學理論的發(fā)展在近一個世紀中便同量子物理的發(fā)展聯(lián)系起來了。 8*uaI7;*
光學史上最重要的轉折性階段是與惠更斯、牛頓、菲涅耳、基爾霍夫、麥克斯韋、普朗克、玻爾、愛因斯坦、薛定諤、海森伯的名字聯(lián)在一起的。 \ oP
光學的發(fā)展歷史表明，人們對于光的認識經歷了多么復雜的演變過程，時至今日，尚未結束。 avXBCvP+h
2、現(xiàn)代光學的發(fā)展簡況 PX?^v8wlqL
自牛頓以來，以幾何光學和物理光學為基礎，形成了各種光學儀器和設備，對人類認識世界產生了重大影響。如望遠鏡對天文學，顯微鏡對生物學和金相學，照相和電影對人類文化生活，經緯儀對大地測量，光譜儀對物質成分和結構分析等等。經典光學主要是以電磁輻射本身為研究對象；而近代光學的發(fā)展則是以光與物質的相互作用為重要的研究內容。 V {}TG]
光學經過20世紀初期量子理論的發(fā)展，到了60年代，首先是激光的出現(xiàn)，即激光器。同步輻射器這些新型光源的出現(xiàn)，強激光與物質相互作用產生了一系列非線性效應，使光學研究領域煥然一新。激光的卓越特性推進了物理學、化學、生物學的研究，加深了對物質及其運動規(guī)律的認識，已經形成和正在形成一些新的學科分支，如量子光學、激光物理學、激光化學、激光生物學等。特別是70年代以后，由于半導體激光器和光導纖維技術的重大突破，導致了以光纖通信為代表的光信息技術的蓬勃發(fā)展，促進了相應各學科的發(fā)展和彼此間的相互滲透，形成了光子學（光電子學）。這門新興的分支學科是研究光波（光子）與物質中的電子相互作用及其能量的相互轉換。現(xiàn)代光學與光子學——激光、微光、紅外、光纖、光纖通信、光存儲、光顯示的進展促進了當代科技、國防、經濟的發(fā)展，現(xiàn)代社會如果沒有這些進展是不可想象的。其主要特點有： v)*eLX $
（1）“光、機、電、算”已成為現(xiàn)代工程與技術的主要內涵。光的含義也已遠遠超出傳統(tǒng)意義上的望遠鏡、顯微鏡等光學儀器。當前的光學儀器（其中大部分指測試計量儀器）已進入光（光學）、機（精密機械）、電（電子）、算（計算機）相結合的光電子技術的新時代。它表現(xiàn)在多功能、高效率的光機電算一體化，技術手段的自動化、智能化、數字化、獲取數據從靜態(tài)轉向動態(tài)，從有感信息到無感信息。 .l,NmF9
（2）光學的研究從可見光擴展到X射線、紫外、近紅外、中紅外、直到遠紅外等不可見的電子波譜段，如微光夜視、熱成像、天文成像等；從靜態(tài)光學到瞬態(tài)光學，如研究納秒、皮秒、飛秒等超快速現(xiàn)象；從宏大光學（天文望遠鏡）到微小光學（微透鏡）等。 !wro7ilMB
（3）光（光子）已不僅是信息載體，作為信息傳遞的手段用于了解和認識世界；光（光子）也能改變物質的形態(tài)，作為能量、加工的手段改造世界。 u
