1、 浅谈工程光学的发展学号：120432201姓名：王天昊专业：电气工程自动化日期：2014 年 05 月 13 日摘 要 ： 工 程 光 学 的 理 论 基 础 是 光 学 ， 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 学 的 发 展 过 程 是 人 类 认 识客 观 世 界 的 进 程 中 一 个 重 要 的 组 成 部 分 ， 是 不 断 揭 露 矛 盾 、 克 服 矛 盾 ， 从 不完 全 和 不 确 切 的 认 识 逐 步 走 向 较 完 善 和 较 确 切 认 识 的 过 程 。 它
2、的 不 少 规 律 和理 论 是 直 接 从 生 产 实 践 中 总 结 出 来 的 ， 有 相 当 多 的 发 现 来 自 长 期 的 系 统 的科 学 实 验 。 因 此 ， 生 产 实 践 和 科 学 实 验 是 光 学 发 展 的 源 泉 。 光 学 的 发 展 为生 产 技 术 提 供 了 许 多 精 密 、 快 速 、 生 动 的 实 验 手 段 和 重 要 的 理 论 依 据 ； 而 生产 技 术 的 发 展 ， 又 反 过 来 不 断 向 光 学 提 出 许 多 要 求 解 决 的 新 课 题 ， 并 为 进 一步 深 入 研 究 光 学 准 备 了 物 质 条 件 。 光 学
3、 的 发 展 大 致 可 换 分 为 5个 时 期 ： 一 、萌 芽 时 期 ； 二 、 几 何 光 学 时 期 ； 三 、 波 动 光 学 时 期 ； 四 、 量 子 光 学 时 期 ； 五 、现 代 光 学 时 期 。一、 工程光学的发展1. 光 学 的 萌 芽中国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。它起源于火的获得和光源的利用，以光学器具的发明、制造及应用为前提条件。根据籍记载，中国古代对光的认识大多集中在光的直线传播、光的反射、大气光学、成像理论等多个方面。西方从墨翟开始后的两千多年的漫长岁月构成了光学发展的萌芽时期，除了对光的直线传播、反射和折射等现象的观察和实验外，在生产和
4、社会需要的推动下，在光的反射和透镜的应用方面，逐渐有了些成果。克莱门德和托勒密研究了光的折射现象，最先测定了光通过两证介质免时代入射角和折射角。罗马哲学家塞涅卡指出充满水的玻璃泡具有强大功能。从阿拉伯的巴斯拉来到埃及的学者阿尔哈雷反对欧几里德和托勒密关于眼镜发出光线才能看到物体的学说，认为光线来自所观察的物体，并且光是以球面形式从光源发出的；反射和入射线共面且入射面垂直与界面，他研究了球面镜与抛物面镜，并详细描述了人眼的构造；她首先发明了凸透镜，并对凸透镜进行了实验研究，所得的结果接近于近代关于凸透镜的理论。培根提出透镜校正视力和采用透镜组构成望远镜的可能性，并描述了透镜焦点的位置。阿玛蒂发明
5、了眼镜。波特研究了成像暗箱，并在 1589 年的论文自然的魔法中讨论了复合面镜以及凸透镜和凸透镜组的组合。综上所述，到 15 世纪末和 16 世纪初， 凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件已相继出现。2. 几 何 光 学 时 期这 一 时 期 可 以 称 为 光 学 发 展 史 上 的 转 折 点 。 在 这 个 时 期 建 立 了 光的 反 射 定 律 和 折 射 定 律 ， 奠 定 了 几 何 光 学 的 基 础 。 同 时 为 了 提 高 人 眼 的观 察 能 能 力 ， 人 们 发 明 了 光 学 仪 仪 器 ， 第 一 架 望 远 镜 的 诞 生 促 进 了 天 文学
6、和 航 海 事 业 的 发 展 ， 显 微 镜 的 发 明 给 生 物 学 的 研 究 提 供 了 强 有 力 的 工 具 。3. 波 动 光 学 时 期19 世 纪 初 ， 波 动 光 学 初 步 形 成 ， 其 中 托 马 斯 杨 圆 满 地 解 释 了“薄 膜 颜 色 ”和 双 狭 缝 干 涉 现 象 。 菲 涅 耳 于 1818 年 以 杨 氏 干 涉 原 理 补 充了 惠 更 斯 原 理 ， 由 此 形 成 了 今 天 为 人 们 所 熟 知 的 惠 更 斯 -菲 涅 耳 原 理 ，用 它 可 圆 满 地 解 释 光 的 干 涉 和 衍 射 现 象 ， 也 能 解 释 光 的 直 线
7、 传 播 。4. 量 子 光 学 时 期19 世 纪 末 到 20 世 纪 初 ， 光 学 的 研 究 深 入 到 光 的 发 生 、 光 和 物 质 相 互作 用 的 围 观 机 制 中 。 光 的 电 磁 理 论 主 要 困 难 是 不 能 解 释 光 和 物 质 相 互 作 用的 某 些 现 象 ， 例 如 ， 炽 热 黑 体 辐 射 中 能 量 按 波 长 分 布 的 问 题 ， 特 别 是1887 年 赫 兹 发 现 的 光 电 效 应 。5. 现 代 光 学 时 期从 20 世 纪 中 叶 起 ， 随 着 新 技 术 的 出 现 ， 新 的 理 论 也 不 断 发 展 ， 已 逐步
8、 形 成 了 许 多 新 的 分 支 学 科 或 边 渊 学 科 ， 光 学 的 应 用 十 分 广 泛 。 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
9、 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 、
10、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 。近 些 年 来 ， 在 一 些 重 要 的 领 域 ， 信 息 载 体 正 在 由 电 磁 波 段 扩 展 到 光 波段 ， 从 而 使 现 代 光 学 产 业 的 主 体 集 中 在 光 信 息 获 取 、 传 输 、 处 理 、 记 录 、存 储 、 显 示 和 传 感 等 的 光 电 信 息 产 业
11、 上 。 这 些 产 业 一 般 具 有 数 字 化 、 集 成化 和 微 结 构 化 等 技 术 特 征 。 在 传 统 的 光 学 系 统 经 不 断 地 智 能 化 和 自 动 化 ，从 而 仍 然 能 够 发 挥 重 要 作 用 的 同 时 ， 对 集 传 感 、 处 理 和 执 行 功 能 于 一 体 的微 光 学 系 统 的 研 究 和 开 拓 光 子 在 信 息 科 学 中 作 用 的 研 究 ， 将 成 为 今 后 光 学工 程 学 科 的 重 要 发 展 方 向 。参 考 文 献 ：【1】王宝刚，中国光学网【 2】 郁 道 银 ， 谈 恒 英 ， 工 程 光 学 （ 第 三 版 ） ， 机 械 工 业 出 版 社【3】光明日报，王大珩：揭开了
