现代光学的发展历程

众所周知，因为有光，人们才能看到这个多彩的世界，并在这个世界上生存。因此，我们的生活中有很多光现象及其应用。无论是建筑艺术、雕塑、绘画、舞蹈艺术等诸多领域，都离不开光的存在，也因为光的存在，才变得更加耀眼夺目。

　　那么，光在现代人类身上是如何发挥作用的呢?光是如何发展成为现代光学的?

1.20世纪中叶随着新技术的出现，新理论也不断发展，由于光学的广泛应用，逐渐形成了许多新的分支学科或边缘学科。几何光学最初是为设计各种光学仪器而发展起来的一门专门学科。随着科学技术的进步，物理光学日益显示出它的威力。例如，光的干涉在精密测量中仍然是不可替代的。也就是说，衍射光栅是一种重要的光谱仪器。光谱在人类认识物质微观结构(如原子结构、分子结构等)方面发挥了关键作用。人们将数学、信息论和光衍射结合起来，创建了新的学科——傅里叶光学，并将其应用于信息处理、图像质量评估、光学计算等技术中。尤其是激光的发明，可以说是光学发展史上的一个革命性的里程碑。由于激光具有强度高、单色性好、方向性强等一系列独特的性能，自问世以来，迅速在许多领域得到应用。在材料加工、精密测量、通信、测距、全息探测、医疗、农业等广泛技术领域取得了优异的成果。此外，激光器在同位素分离、存储、信息处理、受控核聚变、军事应用等方面也展现出广阔的前景。

2.光学是物理学的一个分支，是一门具有数千年历史的古老自然学科。十七世纪左右，光学初步形成一门独立的学科。以牛顿为代表的粒子理论及相应的几何光学;以惠更斯为代表的波动理论和相应的波动光学构成了光学理论的两大支柱。到了19世纪末，麦克斯韦的天才总结和拓展了当时已知的电磁知识，提出了麦克斯韦方程组，将波动光学推向了更高的阶段。然而，人们对光的进一步认识离不开量子力学和相对论的建立。一方面，19世纪及以前的光学为这两个划时代的物理理论的建立提供了基础。另一方面，这两种理论的建立加深了人类对光学相关现象的认识。从十七世纪至今，光学的发展经历了五个主要历史时期：萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期和现代光学时期。

3.现代光学时期主要始于20世纪中叶，它包括激光光学、非线性光学、光纤光学、薄膜光学和集成光学、信息光学、傅里叶变换光学、光电子学等新的光学分支。特别是激光出现后，光学开始进入新时代，成为现代物理学的重要组成部分和现代科学技术的前沿。最重要的成就之一是发现了爱因斯坦在1916年预言的原子和分子的受激辐射，并创造了许多产生受激辐射的特定技术。爱因斯坦在研究辐射时指出，在一定条件下，如果受激辐射能够不断激发其他粒子，引起连锁反应，获得雪崩放大效应，最终我们可以获得极其单色的辐射，即激光。

4.光学的另一个重要分支包括成像光学、全息术和光信息处理。这一分支可以追溯到1873年阿贝提出的显微镜成像理论，以及1906年波特完成的实验验证; 1935年，Zelnick提出相衬观察法，并在此基础上，蔡司工厂制作了相衬。显微镜，他因此获得1953年诺贝尔物理学奖; 1948年，Gabor提出了波前再现原理，即现代全息术的前身，Gabor因此获得1971年诺贝尔物理学奖。

5.20世纪50年代以来，人们开始将数学、电子技术、通信理论与光学结合起来，将光谱、空间滤波、载波、线性变换等概念及相关运算引入到光学中，更新了经典的成像光学，形成了所谓的“傅立叶光学”。再加上激光器提供的相干光以及Leith和Apatenec改进的全息术，形成了一个新的学科领域——光信息处理，即信息光学。信息光学技术也称为光信息处理。它是应用信息光学理论来具体解决光信息的接收与传输、处理与确认的问题。光学信息处理的特点是可以同时处理二维图像，处理的信息量极大，处理速度也极快。照片的傅立叶变换用计算机需要几个小时甚至更长时间才能完成，但是使用光学镜头，瞬间就完成了!光纤通信就是基于这一理论的重要成果。它为信息传输和处理提供了一种新技术。