光学的历史是怎样的？

起初，人类主要试图回答“人怎样才能看到周围的物体”这个问题。像这样的问题。大约公元前400年(先秦)，中国在莫箐记录了世界上最早的光学知识。它有八篇关于光学的记载，描述了阴影的定义和产生，光的线性传播和针孔成像，用严谨的文字讨论了平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物与像的关系。

自墨家经典，透镜是公元0世纪阿拉伯人伊本·海瑟姆发明的165438；从1590年到17世纪初，詹森和利普斯基同时独立发明了显微镜；直到17世纪上半叶，斯奈尔和笛卡尔才把光的反射和折射的观测结果归结为今天普遍使用的反射定律和折射定律。

1665年，牛顿用太阳光做实验，把太阳光分解成简单的成分，这些成分形成颜色按一定顺序排列的光分布——光谱。它使人们第一次接触到了光的客观定量特性，单色光的空间分离是由光的性质决定的。

牛顿还发现，将曲率半径较大的凸透镜放在光学平板玻璃上，用白光照射时，透镜与玻璃板的接触处出现一组彩色同心环形条纹；当用一种单色光照射时，出现一组明暗交替的同心环形条纹，被后人称为牛顿环。有了这个现象，相应的单色光就可以用第一个暗环的气隙厚度来定量表征了。

牛顿发现这些重要现象时，根据光的线性传播，认为光是粒子流。粒子从光源中飞出，根据力学定律在均匀介质中匀速直线运动。牛顿用这个观点来解释折射和反射现象。

惠更斯是光的粒子理论的反对者，他创立了光的波动理论。提出“光和同时光一样，是通过球面波面传播的”。还指出，光振动所到达的每一点都可以看作二次波的振动中心，二次波的包络面就是传播波的波前(波前)。在整个18世纪，光的粒子流理论和光的波动理论已经大致提出，但都不是很完整。

19世纪初，波动光学初步形成，托马斯·杨在其中满意地解释了“膜色”和双缝干涉现象。菲涅尔在1818用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，从而形成了今天广为人知的惠更斯-菲涅尔原理。它可以用来满意地解释光的干涉和衍射以及光的直线传播。

在进一步的研究中，观察了光的偏振和偏振光的干涉。为了解释这些现象，菲涅耳假设光是在连续介质(以太)中传播的横波。为了解释不同介质中光速的不同，必须假设不同物质中以太的特性不同；在各向异性介质中需要更复杂的假设。此外，还必须赋予它更多的特殊性质来解释光不是纵波。这种性质的以太是不可想象的。

1846年，法拉第发现光的振动平面在磁场中旋转；1856年，韦伯发现真空中的光速等于电流强度的电磁单位与静电单位之比。他们的发现表明，光学现象和磁、电现象之间存在一定的内在联系。

1860左右，麦克斯韦指出电场和磁场的变化不能局限在空间的某一部分，而是以等于电流的电磁单位与静电单位之比的速度传播，光就是这样一种电磁现象。这个结论在1888中被赫兹实验证实了。但是这个理论无法解释能产生光这么高频率的电振子的本质，也无法解释光的色散现象。直到1896年洛伦兹创立了电子理论，才解释了物质对光的发光和吸收现象，以及光在物质中传播的各种特性，包括对色散的解释。在洛伦兹的理论中，以太是一种无限的、不可移动的介质，它唯一的特点就是光的振动在这种介质中有一定的传播速度。

对于热黑体辐射中能量按波长分布这样一个重要问题，洛伦兹理论不能给出满意的解释。而且，如果洛伦兹的以太概念是正确的，可以选择固定的以太作为参照系，这样人们就可以区分绝对运动。其实在1887年，迈克尔逊用干涉仪测量了“以太风”，得到了否定的结果，这说明在洛伦兹电子理论时期，人们对光的本质还有很多片面的认识。

1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用了不连续性的概念，提出了辐射的量子理论。他认为，包括光在内的各种频率的电磁波，只能以其自身确定成分的能量从振子中发射出来。这种能量粒子叫做量子，光的量子叫做光子。

量子理论不仅自然地解释了辐射能按波长分布的规律，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。量子理论不仅给光学，而且给整个物理学提供了一个新概念，所以它的诞生通常被视为现代物理学的起点。

1905年，爱因斯坦用量子理论解释了光电效应。他对光子做了非常明确的表述，特别指出光与物质相互作用时，光也以光子为最小单位。

1905年9月，德国物理学年鉴发表了爱因斯坦的文章《运动介质的电动力学》。首次提出狭义相对论的基本原理。指出自伽利略和牛顿时代以来一直占主导地位的经典物理学的应用范围只限于速度远小于光速的情况，而他的新理论可以解释与大速度运动有关的过程的特征，完全放弃了以太的概念，满意地解释了运动物体的光学现象。

这样，20世纪初，一方面，光的干涉、衍射和偏振以及运动物体的光学现象证实了光是电磁波；另一方面，光的量子性——粒子性，从热辐射、光电效应、光压、光的化学作用等方面得到了毋庸置疑的证明。

1922年发现的康普顿效应，1928年发现的拉曼效应，以及当时实验所能获得的原子光谱的超精细结构，都说明光学的发展与量子物理有着密切的联系。光学的发展史表明，现代物理学中最重要的两个基础理论——量子力学和狭义相对论，都是在对光的研究中诞生和发展的。

从此，光学进入了一个新时期，使它成为现代物理学和现代科学技术前沿的重要组成部分。其中最重要的成就之一是爱因斯坦在1916年预言的原子和分子受激辐射的发现，以及产生受激辐射的许多具体技术的创造。

爱因斯坦在研究辐射时指出，在一定条件下，如果受激辐射能继续激发其他粒子，引起连锁反应，并能获得雪崩般的放大效应，最终就能获得单色性强的辐射，即激光。1960，梅？a target = _ blank href =/view/30524 . htm & gt。红宝石制造了第一台可见光激光器；同年制造了氦氖激光器；1962年生产了半导体激光器；1963年生产了可调谐染料激光器。激光由于单色性好、亮度高、方向性好，自1958年发现以来，得到了迅速发展和广泛应用，引起了科学技术的巨大变革。

光学的另一个重要分支是成像光学、全息照相术和光学信息处理。这个分支可以追溯到阿贝在1873年提出的显微成像理论和波特在1906年完成的实验验证。1935年，泽尔尼克提出了相衬观察法，并由蔡司工厂制作了相衬显微镜，为此他获得了1953年诺贝尔物理学奖。1948年，丹尼斯·伽柏提出了现代全息术的前身——波前重构原理，丹尼斯·伽柏为此获得了1971诺贝尔物理学奖。