光學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)�
光學(xué)是一門有悠久歷史的�(xué)�，它的發(fā)展史可追溯到2000多年�。人類對(duì)光的研究，最初主要是試圖回答“人怎么能看見周圍的物體?”之類問(wèn)�。約在公元前400多年(先秦�(shí)�)，中�(guó)的《墨�(jīng)》就記錄了世界上最早的光學(xué)知識(shí)。它有八條關(guān)于光�(xué)的記�，敘述影的定義和生成，光的直線傳播性和針孔成像，并且以�(yán)�(jǐn)?shù)奈淖钟懻摿嗽谄矫骁R、凹球面鏡和凸球面鏡中物和像的關(guān)系�
自《墨�(jīng))開始，公�11世紀(jì)阿拉伯人伊本·海賽木發(fā)明透鏡;公元1590年到17世紀(jì)初，詹森和李普希同時(shí)�(dú)立地�(fā)明顯微鏡;一直到17世紀(jì)上半�，才由斯涅耳和笛卡兒將光的反射和折射的觀察結(jié)果，歸結(jié)為今天大家所慣用的反射定律和折射定律�
1665年，牛頓�(jìn)行太�(yáng)光的�(shí)�(yàn)，它把太�(yáng)光分解成�(jiǎn)單的組成部分，這些成分形成一�(gè)顏色按一定順序排列的光分布——光�。它使人們第一次接觸到光的客觀的和定量的特�，各單色光在空間上的分離是由光的本性決定的�
牛頓�(rèn)為光是一種微粒流。微粒從光源飛出�(lái)，在均勻媒質(zhì)�(nèi)遵從力學(xué)定律作等速直線運(yùn)�(dòng)。牛頓用這種觀�(diǎn)�(duì)折射和反射現(xiàn)象作了解釋�
惠更斯是光的微粒�(shuō)的反�(duì)�，他�(chuàng)立了光的波動(dòng)�(shuō)。提出“光同聲一�，是以球形波�?zhèn)鞑サ�?。并且指出光�?dòng)所�(dá)到的每一�(diǎn)，都可視為次波的振動(dòng)中心、次波的包絡(luò)面為傳播波的波陣�(波前)。在整�(gè)18世紀(jì)�，光的微粒流理論和光的波�(dòng)理論都被粗略地提了出�(lái)，但都不很完��
19世紀(jì)�，波�(dòng)光學(xué)初步形成，其中托馬斯·楊圓滿地解釋了“薄膜顏色”和雙狹縫干涉現(xiàn)�。菲涅耳于1818年以楊氏干涉原理�(bǔ)充了惠更斯原理，由此形成了今天為人們所熟知的惠更斯-菲涅耳原�，用它可圓滿地解釋光的干涉和衍射�(xiàn)�，也能解釋光的直線傳��
1846�，法拉第�(fā)�(xiàn)了光的振�(dòng)面在磁場(chǎng)中發(fā)生旋�(zhuǎn);1856�，韋伯發(fā)�(xiàn)光在真空中的速度等于電流�(qiáng)度的電磁單位與靜電單位的比�。他們的�(fā)�(xiàn)表明光學(xué)�(xiàn)象與磁學(xué)、電�(xué)�(xiàn)象間有一定的�(nèi)在關(guān)��
1860年前�，麥克斯韋的指出，電�(chǎng)和磁�(chǎng)的改�，不能局限于空間的某一部分，而是以等于電流的電磁單位與靜電單位的比值的速度傳播�，光就是這樣一種電磁現(xiàn)�。這�(gè)�(jié)論在1888年為赫茲的實(shí)�(yàn)證實(shí)�
然而，這樣的理論還不能�(shuō)明能�(chǎn)生象光這樣高的頻率的電振子的性質(zhì)，也不能解釋光的色散�(xiàn)象。到�1896年洛倫茲�(chuàng)立電子論，才解釋了發(fā)光和物質(zhì)吸收光的�(xiàn)象，也解釋了光在物質(zhì)中傳播的各種特點(diǎn)，包括對(duì)色散�(xiàn)象的解釋。在洛倫茲的理論中，以太乃是廣袤無(wú)限的不動(dòng)的媒�(zhì)，其唯一特點(diǎn)是，在這種媒質(zhì)中光振動(dòng)具有一定的傳播速度�
�(duì)于像熾熱的黑體的輻射中能量按波長(zhǎng)分布這樣重要的問(wèn)�，洛倫茲理論還不能給出令人滿意的解釋。并�，如果認(rèn)為洛倫茲�(guān)于以太的概念是正確的�，則可將不動(dòng)的以太選作參照系，使人們能區(qū)別出絕對(duì)�(yùn)�(dòng)。而事�(shí)��1887年邁克耳遜用干涉儀�(cè)“以太風(fēng)”，得到否定的結(jié)�，這表明到了洛倫茲電子論時(shí)期，人們對(duì)光的本性的�(rèn)�(shí)仍然有不少片面��
1900年，普朗克從物質(zhì)的分子結(jié)�(gòu)理論中借用不連續(xù)性的概念，提出了輻射的量子論。他�(rèn)為各種頻率的電磁�，包括光，只能以各自確定分量的能量從振子射出，這種能量微粒稱為量子，光的量子稱為光子�
量子論不僅很自然地解釋了灼熱體輻射能量按波長(zhǎng)分布的規(guī)�，而且以全新的方式提出了光與物�(zhì)相互作用的整�(gè)�(wèn)�。量子論不但給光�(xué)，也給整�(gè)物理�(xué)提供了新的概�，所以通常把它的誕生視為近代物理學(xué)的起�(diǎn)�
1905年，�(ài)因斯坦運(yùn)用量子論解釋了光電效�(yīng)。他給光子作了十分明確的表示，特別指出光與物�(zhì)相互作用�(shí)，光也是以光子為最小單位�(jìn)行的�
1905�9�，德�(guó)《物理學(xué)年鑒》發(fā)表了�(ài)因斯坦的“關(guān)于運(yùn)�(dòng)媒質(zhì)的電�(dòng)力學(xué)”一�。第一次提出了狹義相對(duì)論基本原�，文中指�，從伽利略和牛頓�(shí)代以�(lái)占統(tǒng)治地位的古典物理�(xué)，其�(yīng)用范圍只限于速度�(yuǎn)�(yuǎn)小于光速的情況，而他的新理論可解釋與很大�(yùn)�(dòng)速度有關(guān)的過(guò)程的特征，根本放棄了以太的概念，圓滿地解釋了�(yùn)�(dòng)物體的光�(xué)�(xiàn)�� 這樣，在20世紀(jì)�，一方面從光的干涉、衍�、偏振以及運(yùn)�(dòng)物體的光�(xué)�(xiàn)象確證了光是電磁�;而另一方面又從熱輻射、光電效�(yīng)、光壓以及光的化�(xué)作用等無(wú)可懷疑地證明了光的量子性——微粒性�
1922年發(fā)�(xiàn)的康普頓效應(yīng)�1928年發(fā)�(xiàn)的喇曼效�(yīng)，以及當(dāng)�(shí)已能從實(shí)�(yàn)上獲得的原子光譜的超精細(xì)�(jié)�(gòu)，它們都表明光學(xué)的發(fā)展是與量子物理緊密相�(guān)�。光�(xué)的發(fā)展歷史表明，�(xiàn)代物理學(xué)中的兩�(gè)最重要的基�(chǔ)理論——量子力�(xué)和狹義相�(duì)論都是在�(guān)于光的研究中誕生和發(fā)展的�
此后，光�(xué)開始�(jìn)入了一�(gè)新的�(shí)�，以致于成為�(xiàn)代物理學(xué)和現(xiàn)代科�(xué)技�(shù)前沿的重要組成部�。其中最重要的成就，就是�(fā)�(xiàn)了愛(ài)因斯坦于1916年預(yù)言�(guò)的原子和分子的受激輻射，并且創(chuàng)造了許多具體的產(chǎn)生受激輻射的技�(shù)�
�(ài)因斯坦研究輻射時(shí)指出，在一定條件下，如果能使受激輻射繼續(xù)去激�(fā)其他粒子，造成連鎖反應(yīng)，雪崩似地獲得放大效果，最后就可得到單色性極�(qiáng)的輻�，即激光�1960�，梅曼用紅寶石制成第一�(tái)可見光的激光器;同年制成氦氖激光器;1962年產(chǎn)生了半導(dǎo)體激光器;1963年產(chǎn)生了可調(diào)諧染料激光器。由于激光具有極好的單色�、高亮度和良好的方向�，所以自1958年發(fā)�(xiàn)以來(lái)，得到了迅速的�(fā)展和廣泛�(yīng)�，引起了科學(xué)技�(shù)的重大變化�
光學(xué)的另一�(gè)重要的分支是由成像光�(xué)、全息術(shù)和光�(xué)信息處理組成�。這一分支最早可追溯�1873年阿貝提出的顯微鏡成像理�，和1906年波特為之完成的�(shí)�(yàn)�(yàn)�;1935年澤爾尼克提出位相反襯觀察法，并依此由蔡司工廠制成相襯顯微鏡，為此他獲得�1953年諾貝爾物理�(xué)�(jiǎng);1948年伽柏提出的�(xiàn)代全息照相術(shù)的前身——波陣面再現(xiàn)原理，為�，伽柏獲得了1971年諾貝爾物理�(xué)�(jiǎng)�
�20世紀(jì)50年代以來(lái)，人們開始把�(shù)�(xué)、電子技�(shù)和通信理論與光�(xué)�(jié)合起�(lái)，給光學(xué)引入了頻譜、空間濾�、載泀線性變換及相關(guān)�(yùn)算等概念，更新了�(jīng)典成像光�(xué)，形成了所謂“博里葉光學(xué)�。再加上由于激光所提供的相干光和由利思及阿帕特內(nèi)克斯改�(jìn)了的全息�(shù)，形成了一�(gè)新的�(xué)科領(lǐng)域——光�(xué)信息處理。光纖通信就是依據(jù)這方面理論的重要成就，它為信息傳輸和處理提供了嶄新的技�(shù)�
在現(xiàn)代光�(xué)本身，由�(qiáng)激光產(chǎn)生的非線性光�(xué)�(xiàn)象正為越�(lái)越多的人們所注意。激光光譜學(xué)，包括激光喇曼光譜學(xué)、高分辨率光譜和皮秒超短脈沖，以及可�(diào)諧激光技�(shù)的出�(xiàn)，已使傳�(tǒng)的光譜學(xué)�(fā)生了很大的變�，成為深入研究物�(zhì)微觀�(jié)�(gòu)、運(yùn)�(dòng)�(guī)律及能量�(zhuǎn)換機(jī)制的重要手段。它為凝聚態(tài)物理�(xué)、分子生物學(xué)和化�(xué)的動(dòng)�(tài)�(guò)程的研究提供了前所未有的技�(shù)�