光子发展史.
中国量子力学发展史
中国量子力学发展史
中国量子力学的发展史可以追溯到20世纪初。
在这个时期，许多物理学家为解开经典物理学上空的两朵乌云，付出了巨大的精力。
其中，爱因斯坦就排除了以太的思想，从而为相对论的形成迈出了重要的一步；而德国物理学家普朗克通过黑体辐射的紫外灾变引出了另一个重要的概念——量子。
随后，爱因斯坦在1905年发表了一篇论文来描述光电效应，并大胆地引用了普朗克的能量量子思想，认为电磁波本身就是能量量子组成的，称之为光量子（后面统一简称为光子）。
这篇论文为爱因斯坦赢得了迟到的诺贝尔奖。
从那以后，量子力学的物理含义就在逐步的发展过程中。
整个20世纪10-20年代，以玻尔为首的哥本哈根学派引领着量子力学的发展。
如今，“量子”代表着量子世界中物质客体的总称，它既可以是光子、电子、原子、原子核、基本粒子等微观粒子，它们的共同特征就是必须遵从量子力学的规律。
光学发展简史
光学发展简史光学是一门研究光的性质和行为的学科，它的发展历史可以追溯到古代。
本文将为您详细介绍光学的发展简史，从古代到现代，逐步呈现光学学科的进步和突破。
1. 古代光学在古代，人们对光的性质和行为有了初步的认识。
古希腊的柏拉图和亚里士多德提出了光的传播是通过一种称为“视觉射线”的物质传播的理论。
另外，古希腊的毕达哥拉斯提出了“光锥”的理论，认为光是由一束直线射线组成的。
2. 光的折射与反射在16世纪，伽利略·伽利雷和威廉·斯涅尔分别研究了光的折射和反射现象。
他们的实验和观察结果奠定了光学的基础。
伽利略发现了光在不同介质中传播时的折射现象，并提出了著名的“斯涅尔定律”，即折射角和入射角的正弦比等于两个介质的折射率之比。
3. 光的波动理论到了17世纪，荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯提出了光的波动理论。
他认为光是由一系列波动组成的，这一理论解释了光的干涉和衍射现象。
这项理论为后来的光学研究提供了重要的基础。
4. 光的粒子性质在19世纪末，德国物理学家马克斯·普朗克和爱因斯坦的光电效应实验证明了光的粒子性质。
他们发现，光的能量是以离散的量子形式存在的，这一发现为量子力学的发展打下了基础。
5. 光的电磁理论到了19世纪末和20世纪初，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出了光的电磁理论。
他认为光是由电磁波组成的，这一理论解释了光的偏振现象和干涉现象。
麦克斯韦的电磁理论为光学研究提供了重要的理论基础。
6. 光的量子理论20世纪初，爱因斯坦提出了光的量子理论，即光的粒子性质。
他认为光由一系列粒子（光子）组成，每个光子具有一定的能量。
这一理论解释了光的光谱现象和能量传递过程。
7. 光学技术的发展随着光学理论的不断发展，光学技术也得到了迅速的发展和应用。
例如，显微镜的发明使得人们可以观察微小的物体和细胞结构；望远镜的发明使得人们可以观测远处的天体；激光的发明和应用使得光学在通信、医学和工业领域有了广泛的应用。
光子——精选推荐
光⼦原始称呼是光量⼦（light quantum），电磁辐射的量⼦，传递电磁相互作⽤的规范粒⼦，记为γ。
其静⽌质量为零，不带电荷，其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，E=hv，在真空中以光速c运⾏，其⾃旋为1，是玻⾊⼦。
定义 1905年，年轻的爱因斯坦发展了普朗克的量⼦说。
他认为，电磁辐射在本质上就是⼀份⼀份不连续的，⽆论是在原⼦发射和吸收它们的时候，还是在传播过程中都是这样。
爱因斯坦称它们为“光量⼦”，简称“光⼦”，并⽤光量⼦说解释了光电效应，这成为爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖的主要理由。
其后，康普顿散射进⼀步证实了光的粒⼦性。
它表明，不仅在吸收和发射时，⽽且在弹性碰撞时光也具有粒⼦性，是既有能量⼜有动量的粒⼦。
如此，光就既具有波动性（电磁波），也具有粒⼦性（光⼦），即具有波粒⼆象性。
后来，德布罗意⼜将波粒⼆象性推⼴到了所有的微观粒⼦。
光⼦具有能量ε=hν和动量p=hν⁄c,是⾃旋为1的玻⾊⼦。
它是电磁场的量⼦，是传递电磁相互作⽤的传播⼦。
原⼦中的电⼦在发⽣能级跃迁时，会发射或吸收能量等于其能级差的光⼦。
正反粒⼦相遇时将发⽣湮灭，转化成为⼏个光⼦。
光⼦本⾝不带电，它的反粒⼦就是它⾃⼰。
光⼦的静⽌质量为零，在真空中永远以光速c运动，⽽与观察者的运动状态⽆关。
由于光速不变的特殊重要性，成为建⽴狭义相对论的两个基本基本原理之⼀。
起源 ε光⼦起源早在1900年，M.普朗克解释⿊体辐射能量分布时作出量⼦假设，物质振⼦与辐射之间的能量交换是不连续的，⼀份⼀份的，每⼀份的能量为hν；1905年阿尔伯特·爱因斯坦进⼀步提出光波本⾝就不是连续的⽽具有粒⼦性，爱因斯坦称之为光量⼦；1923年A.H.康普顿成功地⽤光量⼦概念解释了X光被物质散射时波长变化的康普顿效应，从⽽光量⼦概念被⼴泛接受和应⽤，1926年正式命名为光⼦。
根据计算： 中⼦的质量：1.674927211（84）×10^-27 千克；中⼦的半径：1.11337557（48）费⽶； 质⼦的质量：1.672621637（83）×10^-27 千克；质⼦的半径：1.11286448（48）费⽶； 电⼦的质量：9.10938215（45）×10^-31千克；电⼦的半径：0.090880914（40）费⽶； 光⼦的质量：9.347543（38）×10^-36 千克；光⼦的半径：0.0031349374（29）费⽶。
光的发展史
光的发展史光是我们生活中最重要的自然现象之一，它伴随着人类的发展历程一直存在。
在人类文明发展的不同阶段，光的认识和应用也随之不断改变和深入。
下面我们来探索一下光的发展史。
古代在古代，人们已经意识到光的存在和重要性。
沙漠地区的居民使用透明的水晶或玻璃来集中太阳的光线，用来点燃火种或点燃燃料。
古埃及人使用细长的玻璃瓶，让太阳的光线聚集在瓶底，使食物和药物加热和煮沸。
在中国，战国时期的《墨经》中提到了光的三个基本特性：光线是直线传播的、反射定律和折射定律。
汉代《巨思书》中也讲述了光的反射和折射现象。
而在西方，古希腊哲学家亚里士多德认为光是由眼睛所发出的一种物质，而不是自然现象。
中世纪中世纪时期，著名的阿拉伯数学家、天文学家和物理学家阿尔哈芬在他的著作《光学》中详细讨论了光的传播、反射和折射。
他发现了光在相同介质中行进的时候速度是不变的，并且在不同介质中折射时会发生弯曲，提出了透镜的原理和凸透镜的焦距。
文艺复兴时期文艺复兴时期，像达芬奇、伽利略、克普兰和浮士德等杰出人物开始使用透镜制造望远镜。
伽利略用望远镜观测星空，发现了木星的四颗伽利略卫星，证实了哥白尼的日心说。
而克普兰在他的著作中详细讨论了光的折射现象，提出了光的波动性。
18-19世纪在18-19世纪，波动理论又得到了发展。
欧拉、笛卡尔、费马和荷兰科学家胡克和克里斯蒂安·赫兴等人提出了各自的光学理论。
波动理论认为光是一种由震荡电磁波组成的波动，传播速度是恒定的，等于300,000公里/秒。
同时，光的偏振现象也被成功解释。
20世纪20世纪初，光子学理论的产生标志着光的新阶段。
爱因斯坦提出光子理论，认为光是由许多微粒组成的。
普朗克的等离子体光学理论和德布罗意的物质波动理论为光学实验提供了新的基础。
1947年，贝尔实验室的克劳德·香农创造了信息论，这是一种新型的通信方法，标志着现代光纤通信的发展。
现代光学技术在光通信、医学、电子、电视和计算机等行业得到广泛应用，又进一步推动了光学的发展。
生物工程的生物光子学
生物工程的生物光子学生物光子学是一门研究生物体内光的相互作用与调控的科学，它将生物学和光学结合起来，致力于揭示生物体内光的产生、传输和感知的机制。
生物光子学的研究内容涉及到生物体的光学特性、光生物学过程以及应用光与生物体进行交互的技术。
随着生物工程技术的发展，生物光子学的应用领域不断拓展，对生物体内光的研究和应用有着重要的意义。
一、生物光子学的概念及历史生物光子学起源于20世纪60年代末的分子生物学和光谱学的交叉领域。
在生物体内，光是一种重要的信息传递方式，诸如视觉、光合作用、光感受等生物过程都离不开光子的相互作用。
生物光子学就是研究这些光与生物体之间相互作用关系的学科。
1961年，著名生物学家Francois Jacob和Jacques Monod提出了生物体内的“Cis-Trans光器件”概念，揭示了光在生物体内的传输和调控机制。
这一发现为生物光子学的发展奠定了基础。
二、生物体内光的特性生物体内光源多样，主要包括生物发光、生物体内化学发光、荧光、生物光合作用等。
生物体内的光发射具有特定的波长和光强，不同生物体的光发射具有独特的特征光谱。
生物体内的光传输主要通过细胞和生物液体进行，不同细胞和组织对光的吸收、散射和透过性有所差异，这也决定了生物体内光的传输路径和光的穿透深度。
三、生物光子学在生物工程中的应用1. 生物体成像：生物光子学在生物体成像中起到了重要作用。
通过利用生物体内的光特性，可以实现对生物组织、细胞和分子水平的成像，广泛应用于生物医学领域。
例如，光声成像技术结合了光的传输性质和声波的成像特点，可以实现对生物组织的高分辨率显微成像。
2. 光遗传学：生物光子学为光遗传学的发展提供了基础。
光遗传学通过将外源性的光敏色素引入到目标细胞中，利用光敏色素对特定波长的光的敏感性，实现对细胞和生物体的光控制。
这种光控制的方式可以精确地调控生物体内的基因表达、细胞活动和神经传导等过程，有望在细胞治疗、神经科学等领域有重要应用。
光的发展史
麦克斯韦的预言
•
1855年至1865年，麦克斯韦在全面地审视了库仑定律、安培—毕奥—萨 伐尔定律和法拉第定律的基础上，把数学分析方法带进了电磁学的研究领域， 由此导致麦克斯韦电磁理论的诞生，并列出了麦克斯韦方程组。那个优美的 方程组预言了电磁波的存在，并将经典热力学 经典力学 经典电动力学三座大 厦完美地连接在了一起，构筑了经典物理世界最宏大的景观。
菲涅尔与泊松亮斑
• 1818年，法国科学院提出了征文竞赛题目：一是，利用精确的实验定光线的 衍射效应；二是推求出光线通过物体附近时的运动情况。在阿拉戈的鼓励与 支持下，菲涅耳向科学院提交了论文，他圆满地解释了光的偏振，并计算了 圆板产生的衍射花纹，而且与实验符合得很好。但是，菲涅耳的波动理论遭 到了光的粒子说者的反对，泊松运用菲涅耳的方程推导出关于盘衍射的一个 奇怪的结论：如果这些方程是正确的，那么当把一个小圆盘放在光束中时， 就会在小圆盘后面一定距离处的屏幕上盘影的中心点出现一个亮斑；泊松认 为这当然是十分荒谬的，所以他宣称已经驳倒了波动理论。菲涅耳和阿拉戈 接受了这个挑战，并用实验检验了这个理论预言，精彩地证实了这个理论的 结论。在这样的的事实的确证下，光的粒子说开始崩溃了。
左图就是牛顿环的实验图
右图则是牛顿环的实际效果
1
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1801年杨进行了著名的双缝干涉实验 并用光的波动说解释了这 一现象 而光的微粒说却无法解释这一现象 这个实验成为了光的发展 史上的一个重大转折点。但是杨的这个实验却遭到了冷遇。他的论文 印成的小册子却只卖出了一本。直到20年后，科学界才开始注意到杨 的工作
• • •
玻尔
薛定谔（左） 玻恩（右）
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狄拉克（左） 海森堡
光的波动说的困境
• 18世纪后期，光的波动说大获全胜。但它的支持者却面临着一个困境：波的传递需要 介质，但光是依靠什么介质传递的呢？于是人们假设了一种叫做“以太”的物质起着 传递光的作用，这种物质无处不在，但又没有质量！为了证实“以太”真实存在， 1887年，阿尔贝特·麦克尔逊和爱德华·莫雷进行了非常仔细的实验。目的是测量地球在 以太中的速度(即以太风的速度)。但是他们连续观测了四天，却得出一个奇怪的结论： 光速不因参照系的改变而改变。这等于给“以太”判了死刑！
爱因斯坦的光子论及其意义
爱因斯坦的光子论及其意义一、爱因斯坦光子论的提出背景在光学的发展史上，曾有过“微粒说”和“波动说”相争的局面，其中微粒说以牛顿和爱因斯坦为代表，波动说则以麦克斯韦和惠更斯.杨.菲涅耳为代表。
微粒说认为光的本质是微粒，即现在所称的“光子”；波动说认为光是由一种叫“以太”的介质快速振动所产生的。
微粒说的出现早于波动说，最早由牛顿在十八世纪初期提出。
他认为光是由发光体发出的微粒所构成的。
牛顿通过实验，不仅发现光经过棱镜出现牛顿环、色散、衍射现象以及经过晶体变成双折射等现象，而且还发现具有直线传播的特点，并认为粒子从光源往外飞，通过均匀物质形成等直线运动。
牛顿的微粒说可以完整地解释了光的反射定律，但是在解释光的折射定律时，却遇到了难题。
微粒说只能解释一些特殊的折射现象，对于一般情况下的折射却无法解释。
包括牛顿发现的牛顿环也无法得到合理的解释。
与此同时，光的波动说对微粒说造成了冲击，由最初的以太波动理论发展到后来的电磁波动理论。
然而不管是哪种光学理论，似乎都存在一些漏洞。
正当“微粒说”和“波动说”难分秋色之时，爱因斯坦在20世纪初基于普朗克的量子理论，发表了论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点》，提出了光量子假说（也就是光子论），此理论完全没有考虑以太的存在，并合理有效地解释了光电效应的四大规律，具有划时代的意义。
二、爱因斯坦光子论的内容20世纪初爱因斯坦在德国物理报刊上发表了论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点》，此论文阐述了光量子假说。
在论文的开头，爱因斯坦就认为电磁波理论虽然能解释某些光的现象，但是并不能解释全部现象，其理论仍存在诸多矛盾。
爱因斯坦认为光不仅在发射和吸收中存在不连续的现象，而且在空间的传播过程中也不连续，这些不连续的能量子被他称作“光量子”。
为了证明光量子假说，爱因斯坦采用统计学的方法进行了推导。
常温条件下，当体积为V0的n 个气体分子被限定在一定体积范围中，引起熵S的有限可逆变化如下：在以上光量子假说的基础上，爱因斯坦进一步明确：光的产生和转换规律似乎也能按照以上方式建立，光也是由以上假设的能量子所组成的。
光学发展的五大历史时期
光学发展的五大历史时期
（一）光学发展的5个时期：
1、萌芽时期——最早是公元前5世纪墨子（墨翟）的《墨经》中还记载了丰富的几何光学知识。
墨子做了世界上第一个小孔成像的实验。
2、几何光学时期——荷兰人斯涅耳最早提出折射定律，由法国数学家费马（1601-1665）提出费马原理、予以确定。
使几何光学理论很快发展，以牛顿的微粒说为代表。
3、波动光学时期——以惠更斯的波动说为代表。
4、量子光学时期——以爱因斯坦的光子说为代表。
5、现代光学时期——以全息术、激光为标志。
（二）光学发展的特点：光学既是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的前沿阵地，具有强大的生命力和不可估量的前途——光子时代。
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第一代光子: Photoderm/1995/ESC
1994年概念提出、1995年首次应用于临床
产品: Photoderm VL
波长：515-1000nm
第二代光子: Vasculight/1998/ESC
1998年: 投入临床
产品: Vasculight
特点: 增加了多功能性(加入了Nd:YAG治疗
头)、有高峰值功率和短脉冲、增加了滤
光片和治疗头。
故能治疗色素性疾病和血管性疾病，并具有一定的脱毛功能.
第三代光子: Quantum/2000/Lumenis
2000年:投入市场
产品：Quantum
特点:光子嫩肤概念的形成并成为这一技术的最
大特点
前三代光子的临床副作用
传统IPL由于技术上的限制，脉冲强光的发射呈现出递减的模式，这使得临床上治疗的有效能量与引起皮肤损伤的能量非常接近，因而安全性较低，病患时常有灼伤疤痕的副作用产生
第四代光子: Lumenis one (OPT时代)/2004/Lumenis
2004年由科医人公司研发，更人性化的操作，皮肤反应也更安全。
其核心技术为完美脉冲技术。
与传统的光子嫩肤相比，王者风范安全可靠,能量发射均匀稳
定,能有效改善并祛除雀斑、红血丝、色素沉着等肌肤顽症，使皮
肤彻底达到健康、细腻、光滑、无瑕的理想状态。
2004年由科医人公司研发，透过每一代都一致的基本原理，加入更
人性化的操作，皮肤反应也更安全。
其核心技术为完美脉冲技术
第五代光子：M22/2011/Lumenis
2011年，科医人在此基础上又推出了M22王者之心OPT光子嫩肤设备，使这种高
标准的光子技术能够适用于更广泛的人群。
M22王者之心保留了Lumenis One中采用的OPT完美脉冲技术，应用“能量+脉宽
+脉冲波形”的三维技术概念，真正使发出的脉冲全程能量输出平稳均一，这也
是光子治疗技术领域的新突破。
M22中还采用了科医人公司专利的蓝宝石冷却技
术，进行持续、接触式冷却，保证治疗的有效性和安全性。
此外，科医人独有的
多脉冲技术，实现对不同的靶组织选择不同的脉宽和延迟时间进行有效治疗。
该技术能保障治疗的舒适性，减少副作用。