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光學(xué)產(chǎn)業(yè)主要階段及發(fā)展趨勢(shì)解讀
2017-2-18
來(lái)源:未知
點(diǎn)擊數(shù):  4628        作者:未知
  • 1、光學(xué)的萌芽時(shí)期

          光學(xué)的起源和力學(xué)、熱學(xué)一樣,可以追溯到兩三千年以前。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期墨子 (公元前468—376 年)及其弟子所著《墨經(jīng)》中記載:直線傳播、光在鏡面上的反射等現(xiàn)象,并提出了一系列的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。這是有關(guān)光學(xué)知識(shí)的最早紀(jì)錄。西方也很早就有光學(xué)知識(shí)的 記載,歐幾里德(Euclid,公元前330~275)的《反射光學(xué)》研究了光的反射,提出了反射定律和光類似觸須的投射學(xué)說(shuō)。

    大約公元100年克萊門德和托勒密研究了光的折射現(xiàn)象,最早測(cè)定了光在兩介質(zhì)界面的入射角和折射角。阿拉伯學(xué)者阿勒·哈增(AI-Hazen,965 1038)寫過(guò)一部《光學(xué)全書》,討論了許多光學(xué)現(xiàn)象。公元1 1世紀(jì)阿拉伯人伊本·海賽木發(fā)明了透鏡,到16 世紀(jì)初,凹面鏡、凸面鏡、眼鏡、透鏡以及暗箱和幻燈等光學(xué)元件也已相繼出現(xiàn)。這些光學(xué)元件的發(fā)明推動(dòng)了光學(xué)進(jìn)一步向前發(fā)展。

    2、幾何光學(xué)時(shí)期

          1608 年荷蘭人李普塞發(fā)明******架望遠(yuǎn)鏡,17 世紀(jì)初延森和馮特納(Fontana)發(fā)明了******架顯微鏡。1610 年伽利略制作了望遠(yuǎn)鏡,并用望遠(yuǎn)鏡觀察星體運(yùn)動(dòng)。1611 年開(kāi)普勒發(fā)表《折光學(xué)》,設(shè)計(jì)了開(kāi)普勒天文望遠(yuǎn)鏡。1630 年斯涅爾(Snel1)和笛卡爾(Descartes)總結(jié)出光的折射定律。這些發(fā)明和發(fā)現(xiàn)是光學(xué)由萌芽時(shí)期發(fā)展到幾何光學(xué)時(shí)期的重要標(biāo)志。

    直到1657 年費(fèi)馬(Fermat)得出著名的費(fèi)馬原理,并從原理出發(fā)推出了光的反射和折射定律。這兩個(gè)定律奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ),光學(xué)開(kāi)始真正形成一門科學(xué)。牛頓在 1666 年提出光的微粒理論:光是高速運(yùn)動(dòng)的細(xì)小微粒。能夠解釋光的直線傳播和反射折射定律,但不能解釋牛頓圈和光的衍射現(xiàn)象。惠更斯在1678 年提出光的波動(dòng)理論:光是在“以太”傳播的波。成功的解釋了光的反射和折射定律,方解石的雙折射現(xiàn)象,但他的理論沒(méi)有指出光的周期性和波長(zhǎng)的概念,沒(méi)有脫 離幾何光學(xué)的束縛。此后100 多年時(shí)間里兩種理論不斷爭(zhēng)斗,18 世紀(jì)以前微粒理論占上風(fēng),這種優(yōu)勢(shì)在19 世紀(jì)初被打破。

    3、量子光學(xué)時(shí)期

          1900 年,普朗克從物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)理論中借用不連續(xù)性的概念,提出了輻射的量子論。他認(rèn)為各種頻率的電磁波,包括光,只能以各自確定分量的能量從振子射出,這種 能量微粒稱為量子,光的量子稱為光子。量子論很自然地解釋了灼熱體輻射能量按波長(zhǎng)分布的規(guī)律,以全新的方式提出了光與物質(zhì)相互作用的整個(gè)問(wèn)題。量子論不但給光學(xué),也給整個(gè)物理學(xué)提供了新的概念,所以通常把它的誕生視為近代物理學(xué)的起點(diǎn)。

    1905年愛(ài)因斯坦發(fā)展了光的量子理論,成功地解釋了光電效應(yīng),提出了光的波粒二象性。至此,光到底是“粒子”還是“波動(dòng)”的爭(zhēng)論得到解決:在某些方面, 光表現(xiàn)的象經(jīng)典的“波動(dòng)”,在另一些方面表現(xiàn)的象經(jīng)典的“粒子”,光有“波粒二象性”。這樣,在20世紀(jì)初,一方面從光的干涉、衍射、偏振以及運(yùn)動(dòng)物體的 光學(xué)現(xiàn)象確證了光是電磁波;而另一方面又從熱輻射、光電效應(yīng)、光壓以及光的化學(xué)作用等無(wú)可懷疑地證明了光的量子性——微粒性。

    1916 年愛(ài)因斯坦預(yù)言原子和分子可以產(chǎn)生受激輻射。他在研究輻射時(shí)指出,在一定條件下,如果能使受激輻射繼續(xù)去激發(fā)其他粒子,造成連鎖反應(yīng),雪崩似地獲得放大效果,最后就可得到單色性極強(qiáng)的輻射,即激光。這為現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。

    4、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期

          1960 年,梅曼用紅寶石制成******臺(tái)激光器;同年制成氦氖激光器;1962 年產(chǎn)生了半導(dǎo)體激光器;1963年產(chǎn)生了可調(diào)諧染料激光器此后,光學(xué)開(kāi)始進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期,以致于成為現(xiàn)代物理學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿的重要組成部 分。激光具有極好的單色性、高亮度和良好的方向性,所以自發(fā)現(xiàn)以來(lái)得到迅速的發(fā)展和廣泛應(yīng)用,引起了光學(xué)領(lǐng)域和科學(xué)技術(shù)的重大變革。由于激光技術(shù)的發(fā)展突 飛猛進(jìn),目前激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用于打孔、切割、導(dǎo)向、測(cè)距、醫(yī)療、通訊等方面,在核聚變等方面也有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)光學(xué)也被相應(yīng)地劃分成不同的分支學(xué) 科,組成一張龐大的現(xiàn)代光學(xué)學(xué)科網(wǎng)絡(luò)。

    此外,20世紀(jì)60年代以來(lái),特別是激光問(wèn)世之后,光學(xué)還與其他科學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合,相互滲透。 如:全息技術(shù)已經(jīng)在顯微技術(shù)、信息存儲(chǔ)、信息編碼、紅外全息等方面得到了廣泛應(yīng)用;在集成電路的啟示下,材料科學(xué)、電子技術(shù)和光學(xué)融合發(fā)展,形成了集成光 學(xué)這一邊緣學(xué)科,在光通訊、信息處理等方面起到了很大的作用;光子晶體以及量子 信息的研究和發(fā)展將給信息技術(shù)開(kāi)辟一個(gè)嶄新的天地。隨著激光技術(shù)的發(fā)展,飛秒激光器的出現(xiàn)為超快過(guò)程、高階非線性效應(yīng)的研究提供了有效的研究手段。

    結(jié)語(yǔ):

    綜上所述,自19 世紀(jì)以來(lái),光學(xué)在相干性、量子性和非線性等方面都有很大的進(jìn)展。關(guān)于光的相干性和量子性的研究已取得了豐碩的成果。而關(guān)于非線性的研究已有了很好的基礎(chǔ)和 研究手段,正處于快速發(fā)展的階段。我們有理由相信,一個(gè)輝煌的、集中反映非線性研究成果的時(shí)期將會(huì)到來(lái)。

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