光学老又新,前程端似锦-论光学工程(作者：王大珩)

《光学老又新,前程端似锦-论光学工程(作者：王大珩)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、光学老又新，前程端似锦-论光学工程（作者：王大珩）1、光学的发展及演变 谈到光学和光学工程，首先要谈一下光学发展史。 光学是一门古老的科学，中国古代的墨子（墨翟）和古希腊的欧几里德、托勒密都对此做出过杰出贡献。 光学作为一门科学（也就是有定义、定理、学说等），应该说是从牛顿开始。1664年，牛顿开始研究光学，时年21岁。1671年牛顿制作勒第二台反射式望远镜（长1.2m，直径2m）；1672年发表了“光和色的新理论”；1704年发表了“光学——关于光的反射、折射、弯曲和颜色”的论文，叙述了几何光学

2、的基本原理。此外，牛顿的分光实验以及牛顿环的发现，使光学由几何光学进入了物理光学领域。因此，我们通常说，光学自牛顿开始，迄今已有300多年的历史了。 在光学发展的300多年的历史中，牛顿的光微粒说统治达100年之久，但也不断持有波动说主张者加以反驳。19世纪初，菲涅耳以大量的实验证据，使光的波动理论得以确立。在后来的发展中，对光认识具有根本性变革的是麦克斯韦关于光的电磁波理论。1900年，普朗克提出了量子假说，他是为解决当时所谓“紫外灾难”而提出黑体辐射的能量分布公式，但需假定物体的辐射能不是连续

3、变化，而是以一定整数倍跳跃式变化，才能对他（普朗克）的黑体辐射公式作出合理的解释。这个最小的不可再分的能量单元称为“能量子”或“量子”。当时的物理学家认为：量子假说与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”理念相矛盾，普朗克本人甚至也放弃量子论继续用能量的连续变化的概念来研究辐射问题。第一个意识到量子概念的普遍意义并将其运用到其他问题的是爱因斯坦。他提出了光子的概念，建立了光量子论以解释光电效应中的新现象。光量子论的提出使光的本性历史争论进入了一个新的阶段。自牛顿以来，光的微粒说和波动说此起彼伏，争

4、论不已。爱因斯坦的理论重新肯定了微粒说和波动说描述光的行为的意义，它们均反映了光的本质的一个侧面：光有时候表现出波动性，有时候表现出粒子性，但它既非经典的粒子，也非经典的波。这就是光的波粒二象性。此后，玻尔、薛定谔、海森伯的量子力学理论的提出又进一步推动了光的发射和吸收的量子光学的进展，从此光学理论的发展在近一个世纪中便同量子物理的发展联系起来了。光学史上最重要的转折性阶段是与惠更斯、牛顿、菲涅耳、基尔霍夫、麦克斯韦、普朗克、玻尔、爱因斯坦、薛定谔、海森伯的名字联在一起的。 光学的发展历史表明，人

5、们对于光的认识经历了多么复杂的演变过程，时至今日，尚未结束。2、现代光学的发展简况 自牛顿以来，以几何光学和物理光学为基础，形成了各种光学仪器和设备，对人类认识世界产生了重大影响。如望远镜对天文学，显微镜对生物学和金相学，照相和电影对人类文化生活，经纬仪对大地测量，光谱仪对物质成分和结构分析等等。经典光学主要是以电磁辐射本身为研究对象；而近代光学的发展则是以光与物质的相互作用为重要的研究内容。 光学经过20世纪初期量子理论的发展，到了60年代，首先是激光的出现，即激光器。同步辐射器这些新型光源的出

6、现，强激光与物质相互作用产生了一系列非线性效应，使光学研究领域焕然一新。激光的卓越特性推进了物理学、化学、生物学的研究，加深了对物质及其运动规律的认识，已经形成和正在形成一些新的学科分支，如量子光学、激光物理学、激光化学、激光生物学等。特别是70年代以后，由于半导体激光器和光导纤维技术的重大突破，导致了以光纤通信为代表的光信息技术的蓬勃发展，促进了相应各学科的发展和彼此间的相互渗透，形成了光子学（光电子学）。这门新兴的分支学科是研究光波（光子）与物质中的电子相互作用及其能量的相互转换。现代光学与光

7、子学——激光、微光、红外、光纤、光纤通信、光存储、光显示的进展促进了当代科技、国防、经济的发展，现代社会如果没有这些进展是不可想象的。其主要特点有： （1）“光、机、电、算”已成为现代工程与技术的主要内涵。光的含义也已远远超出传统意义上的望远镜、显微镜等光学仪器。当前的光学仪器（其中大部分指测试计量仪器）已进入光（光学）、机（精密机械）、电（电子）、算（计算机）相结合的光电子技术的新时代。它表现在多功能、高效率的光机电算一体化，技术手段的自动化、智能化、数字化、获取数据从静态转向动态，从有感信息到

8、无感信息。 （2）光学的研究从可见光扩展到X射线、紫外、近红外、中红外、直到远红外等不可见的电子波谱段，如微光夜视、热成像、天文成像等；从静态光学到瞬态光学，如研究纳秒、皮秒、飞秒等超快速现象；从宏大光学（天文望远镜）到微小光学（微透镜）等。（3）光（光子）已不仅是信息载体，作为信息传递的手段用于了解和认识世界；光（光子）也能改变物质的形态，作为能量、加工的手段改造世界。 （4）新兴的全息、激光、微光、红外热成像、光纤与光纤通信、光探测器、光集成、光信息处理、图像处理、图像融合和光