一、光学的漫长萌芽(古代-16世纪)
在远古人类头一回凝视那篝火跳动着的火焰之际,光学的探索就已经静悄悄地启动了。处于这一时期,光学方面的知识呈散落状态,分布于生产实践起步网校,以及哲学思辨里头了,而中国古代的学者所做出的贡献是格外夺目的。

墨子,名翟,春秋末期战国初期人
将“与”改为“和”,“的现象”改为“这一现象”,“它”改为“此现象”:春秋与战国时期的《墨经》记载了人类最早的光学实验,“景,光之人,煦若射”,用“射”字精准描述光的直线传播特性,且解释了小孔成像的原理,光线如箭般穿过小孔,下方光线投射到上方,上方光线投射到下方,形成倒立的影像。宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中进一步验证了和这一现象,他观察到窗外飞鸢的影子通过窗隙在室内屏上“鸢东则影西”的移动规律,成为古代光学实验的典范,此现象。

图1《墨经针孔成像》,图2《梦溪笔谈》飞鸢之影
累积了丰富光学经验的西方文明,古希腊学者欧几里得于《光学》里提出光的直线传播假设,托勒密借助实验对光的折射角予以测量,阿拉伯学者阿勒·哈增系统性研究了凸透镜的成像规律,这些零散发现为光学成为独立学科埋下种子,1299年眼镜发明以及1608年望远镜,还有17世纪显微镜出现,标志着光学从理论迈向应用初始的开端。
二、几何光学的黄金时代(17-18世纪)
17世纪的时候,光学迎来了第一次理论方面的飞跃,进而形成了一种以光的直线传播作为基础的几何光学体系。

1580年出生的威里布里德·斯涅耳,其名是van Royen Snell,在1626年离世 。
1621年,荷兰那儿的科学家斯涅耳借助实验确立了光的折射定律,该定律揭示出光线在不同介质界面那儿的传播规律。在这当时的时期,最具影响力的争论是围绕“光的本性”来展开的:牛顿他在《光学》这本书当中提出了“微粒说”,此学说认为光是由微小粒子给组成的,并且成功地解释了光的直线传播以及反射现象;。


克里斯蒂安·惠更斯在公元1629年的时候诞生了,一直存在到公元1695年,外文名字是Huyg(h)ens , 。
惠更斯是荷兰物理学家,他主张“波动说”并且把光比作在“以太”中传播的机械波,这种情况下它能够更好地去解释折射现象以及干涉现象 。
这场历经百年的争论促使了光学仪器的变革,伽利略着手改进望远镜用以观测木星卫星,开普勒参与设计天文望远镜,列文虎克借助显微镜发觉了微生物世上情形,几何光学的构建给光学仪器设计给予了理论根基,人类的视觉能力首次突破生理极限制约,为天文学以及生物学的发展奠定了基础 。
三、波动光学的崛起(19世纪)
19世纪初,波动说迎来决定性证据。

一位名为托马斯·杨的人,其名为Young,处于公元1773年至1829年这个时间段,被称作最后的全才 。
通过两个狭缝,形成明暗相间条纹高中物理透镜成像,这一现象只能用波的叠加原理解释,光是由英国物理学家托马斯·杨设计的著名“双缝干涉实验”中的一束光通过狭缝后产生的 。

奥古斯丁·让·菲涅耳(1788年-1827年)
法国的科学家菲涅耳,进一步去完善波动理论。通过做出成功解释光的衍射现象的行为,还计算出光的波长。在1850年的时候,傅科借助实验的方式,测得光在水中的速度,是小于在空气中的速度的,这直接就否定了微粒说的预言。
在1865年的时候,麦克斯韦构建起电磁理论,对电磁波的存在作出了预言,并且指明光乃是一种电磁波,也就是波长处于400至760纳米范围的电磁波。这一发现把光学归入电磁学的框架之中,到了1888年赫兹凭借实验证实了电磁波的存在,从而完全确立了光的波动本性。波动光学不但阐释了光的干涉现象、衍射现象、偏振现象等,还为无线电通信、雷达技术之类的现代发明埋下预先的伏笔。
四、量子光学的革命(20世纪初)

20世纪刚刚开始的时候,经典物理学碰到了困境,黑体辐射这种现象,还有光电效应等现象,没办法依靠波动理论去解释。

马克斯,卡尔高中物理透镜成像,恩斯特,路德维希,普朗克,Max,Karl,Ernst在1858年出生至1947年去世 。
1900年的时候,普朗克提出了“能量量子化”这样的假设,觉得光的发射以及吸收是一片片一份份的“量子”,1905年,爱因斯坦对这一思想加以发展,提出了“光量子假说”,成功地解释了光电效应,也就是当光照射在金属表面的时候,会打出电子,并且电子的能量仅仅和光的频率有关系,和强度没有关系,这表明光不但具有波动性,而且具有粒子性质,也就是“波粒二象性”。
在1924年的时候,德布罗意提出了物质波理论,其认为电子等微观粒子也是具备波动性的,到了1927年,戴维森 - 革末实验证实了电子衍射现象,最终确立了量子力学的基础。

1960年梅曼发明第一台红宝石激光器
量子光学开始出现这一情况,不但把经典物理所面临的难题给解决了,而且还促使另外一项了不起的技术诞生了,那就是激光技术,在1960年的时候,梅曼成功发明了第一台红宝石激光器,这种光源具备高度的相干性以及单色性,从此以后开启了光学全新的纪元。
五、现代光学的蓬勃发展(1960年至今)
激光的出现使光学进入"现代光学"时期,形成众多分支学科:
六、光学的研究内容与未来
现代光学研究能划分成三大方向,其一为基础光学,它探索光的本性以及传播规律,像量子光学,其研究光的量子特性,还有非线性光学,它研究强光与物质的作用;其二是应用光学,它致力于开发光学技术以及器件,例如光学成像、光存储、激光加工;其三是交叉学科,像光电子学,它是与电子技术相结合的,还有生物光子学,它研究生物系统的光现象,另外还有量子通信,它利用光子来实现安全通信等 。
从《墨经》里的小孔成像开始,到量子计算机的光量子比特,光学一直处在人类文明进步的前沿位置。在未来,伴随光子芯片、量子通信,以及自适应光学等技术的发展,光学会在下述领域发挥更大作用,即人工智能、深空探测、精准医疗等领域,它会继续去照耀人类探索自然的道路,没错。
