现代光学的发展历程

现代光学的发展

众所周知，因为有了光，人们才能看见这个色彩斑斓的世界，才能在这世界上生存。因此在我们的生活中有许许多多的光现象及其应用的产生。无论是建造艺术，还是雕塑、绘画及舞蹈艺术等众多领域都离不开光的存在，也因为有了光的存在，使其更加的炫目夺人。

那么，光在于现代是如何发挥它对人类的作用的呢？而光又是如何发展成

为现代光学呢？

20世纪中叶随着新技术的出现，新的理论也不断发展，由于光学的应用十

分广泛，已逐步形成了许多新的分支学科或边缘学科。几何光学本来就是为设

计各种光学仪器而发展起来的专门学科，随着科学技术的进步，物理光学也越

来越显示出它的威力，例如光的干涉目前仍是精密测量中无可替代的手段，衍

射光栅则是重要的分光仪器，光谱在人类认识物质的微观结构(如原子结构、分

子结构等)方面曾起了关键性的作用，人们把数学、信息论与光的衍射结合起来，

发展起一门新的学科——傅里叶光学把它应用到信息处理、像质评价、光学计

算等技术中去。特别是激光的发明，可以说是光学发展史上的一个革命性的里

程碑，由于激光具有强度大、单色性好、方向性强等一系列独特的性能，自从

它问世以来，很快被运用到材料加工、精密测量、通讯、测距、全息检测、医

疗、农业等极为广泛的技术领域，取得了优异的成绩。此外，激光还为同位素

分离、储化，信息处理、受控核聚变、以及军事上的应用，展现了光辉的前景。

光学是物理学的一个分支, 是一门古老的自然学科, 已经有数千年发展历

史。在十七世纪前后, 光学已初步形成了一门独立的学科。以牛顿为代表的微

粒说和与之相应的几何光学；以及以惠更斯为代表的波动说和与之相应的波动

光学构成了光学理论的两大支柱。到十九世纪末, 麦克斯韦天才地总结和扩充

了当时已知的电磁学知识, 提出了麦克斯韦方程组, 把波动光学推到了一个更

高的阶段。然而, 人们对光的更进一步的认识是与量子力学和相对论的建立分

不开的。一方面, 十九世纪及其以前的光学为这两个划时代的物理理论的建立

提供了依据。另一方面, 这两个理论的建立, 更加深了人类对光学有关现象的

深入了解。从十七世纪到现在，光学的发展经历了萌芽时期、几何光学时期、

波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等五大历史时期。

而现代光学时期主要从20世纪中叶开始它包括了激光光学、非线性光学、纤维光学、薄膜光学与集成光学、信息光学、傅里叶变换光学、光电子学等新的光学分支学科。特别是激光问世以后，光学开始进入了一个新的时期，以致于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，就是发现了爱因斯坦于1916年预言过的原子和分子的受激辐射，并且创造了许多具体的产生受激辐射的技术。爱因斯坦研究辐射时指出，在一定条件下，如果能使受激辐射继续去激发其他粒子，造成连锁反应，雪崩似地获得放大效果，最后就可得到单色性极强的辐射，即激光。

光学的另一个重要的分支是由成像光学、全息术和光学信息处理组成的。这一分支最早可追溯到1873年阿贝提出的显微镜成像理论，和1906年波特为之完成的实验验证；1935年泽尔尼克提出位相反衬观察法，并依此由蔡司工厂制成相衬显微镜，为此他获得了1953年诺贝尔物理学奖；1948年伽柏提出的现代全息照相术的前身——波阵面再现原理，为此，伽柏获得了1971年诺贝尔物理学奖。

自20世纪50年代以来，人们开始把数学、电子技术和通信理论与光学结合起来，给光学引入了频谱、空间滤波、载波、线性变换及相关运算等概念，更新了经典成像光学，形成了所谓“博里叶光学”。再加上由于激光所提供的相干光和由利思及阿帕特内克斯改进了的全息术，形成了一个新的学科领域——光学信息处理，也就是信息光学。信息光学技术也称为光信息处理, 它是应用信息光学理论具体解决光信息的接收与传递, 加工与确认等方面的知识。光信息处理的特点就在于它能同时处理二维图象, 而且处理信息量特别大, 处理速度也极快一张照片的傅立叶变换, 用计算机需几个小时甚至更长的时间才能完成, 但用光学透镜,在一瞬间就完成了！光纤通信就是依据这方面理论的重要成就，它为信息传输和处理提供了崭新的技术。

总之，现代光学和其他学科和技术的结合，在人们的生产和生活中发挥这日益重大的作用和影响，为人们认识自然、改造自然以及提高劳动生产率提供了强有力的科技力量。