浅谈光学的发展与应用

张冲

摘 要：光学是物理学中最古老的一个基础学科，又是当今科学研究中最活跃的学科之一，随着人类对自然的认识不断深入，光学已经具有非常悠久的历史。光学研究已经深入到人们的生活当中，本文主要阐述了光学的发展历史，以及在通讯、医学和军事领域中的应用。

关键词：光学；发展；应用

前言：光学即使物理学中最古老的一个基础学科，又是当今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进程的一个重要组成部分，它的很多规律和理论都是从生产实践中总结出来的。因此，光学的发展对生产实践和科学实验提供了重要的理论依据，从而促进了光学在各个领域的应用。

一、光学的发展简史

（一）萌芽时期

中国古代对光的认识是和生产、生活实践密不可分的，它的气源的是火的出现和光源的利用，根据历史记载，中国古代对光的认识大多集中在光的直线传播、光的反射、成像等多个理论方面。并且人们已经逐渐的发现其中的原理，像早在春秋战国时期《墨经》就记载了小孔成像实验，这是对光的直线传播的认识；镜子出现就是利用光的反射原理；以及海市蜃楼的现象就是大气光学原理的体现。

（二）几何光学时期

这一时期可以成为光学发展史上的转折点，以内在这个时间建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几个光学的基础。同时为了提高人眼的观察能力，在这个时期人们发明了光学仪器，人类第一架望远镜的诞生很好出尽了天文学和航海事业的发展，同样显微镜也为生物学的发展做出了巨大贡献。相继光的干涉、衍射、偏振现象也被发现，从而使光学历史朝着播放光学时期发展[1]。

（三）波动光学时期

19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯-杨圆满解释了薄膜颜色和双侠缝干涉现象。菲涅尔在1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，便形成了人们所熟知的惠更斯-菲涅尔原理，从而在光的本性方面人们的认识更进一步。

（四）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微观机制中。其中1887年赫兹发现了光电效应；1900年，普朗克从物质分子结构理论中提出了辐射的量子论；1905年爱因斯坦运用量子论解释了光电效应；20初光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波，光和一切微观粒子都具有波粒二象性，这个认识租金了原子核和粒子研究的发展，也推动了人们去进一步探究光和物质的本质[2]。

（五）现代光学时期

20世纪中期，随着新技术的出现，新的理论也在不断发展，也已经逐渐形成了新的科学分支和边缘学科，光学的应用变得十分广泛。随着科学技术的不断进步，人们把数学、信息论与光的衍射相结合起来，形成了一门新的学科叫做傅里叶光学，它可以在光学计算、像质评论、信息处理等光面应用进去，特别是激光发明，可以说是光学发展使上的一个座里程碑。再加上由于激光所以共的相干光和有利思及阿帕特内克斯改进了全息术，成为一个新的科学领域叫做光学信息处理，其重要成就就是光纤通信技术，它为处理信息和传输提供了非常有利的技术保障。

二、光学在生活中的应用

通过把现代光学和其他学科技术的紧密结合，对人们的生活和生产具有重大的影响，同时现代光学也被用到了很多领域，如：通讯、医疗、农业、军事、测量等各种行业，并为其发展起到了十分重要的作用。

（一）X射线

自从1985年德国物理学家伦琴发现X射线距今已经有100多年的历史，X射线的透视和摄片为人类健康做出了巨大贡献。X射线具有穿透性、摄影效应和荧光的特点；另一方面是基于人体组织有密度和厚度的差别，X射线穿透人体不同结构所吸收的程度也会不同，最后到达荧光或X射线片上就会有差异。

X射线CT扫描机是70年代初七发展起来的一门新的X射线医学诊断学科，是吧计算机技术与X射线相结合起来，并且把其影响数字化，改变了传统的储存和直观的表达方法。该装置可以在现代医学中的临场发现中，科学有效的为疾病进行诊断。并且该诊断方式对病人的疾病诊断没有痛苦、没有任何伤害，不存在检查危险，诊断价值极高，所以对医学诊断的科技发展起到了很好的促进作用，成为医学诊断领域史上的重大给个。从而对人们的身体健康和医生对疾病的确诊起到了很大的帮助[3]。

（二）光纤通信技术

光纤通信技术又称通信工程，现代人们生活中所使用的电脑和手机都离不开通信技术的支持，同样给人们的生活带来的极大的方便性。通信技术主要运用了光学的波分复用技术和光纤接入技术，把传统的电信号转化成光波信号，实现了信息传播的高速化，并且可以把信息源传输到一个或多个接受端，极大的提高了信息传播效率，满足了广大人民群众对信息的需求。同时，光纤通信技术具有多种可以拓展的结构，它可以在构成的网络局域构架中共享信息资源，达到了资源共享的目的。

（三）全息技术

全息技术主要是利用干涉原理对物体的光波信息记性记录，即在拍摄过程中在激光辐照下被拍摄物体形成了漫射式的光束，用激光作为参考光束射到底片上，和物体光束相叠加干涉，从而利用干涉条纹的反差和间隔把全部信息记录下来。而在全息技术的实际运用中，可以用来复制保存珍贵的历史文物、一说、信息储存和记录物理状态变化几块的瞬间现象、瞬间过程（如爆炸和燃烧）等各个方面都得到了广泛的應用。最为常见的便是应用到全息技术的防伪技术，可以适用于银行卡、身份证、驾驶执照等各种主要证件的防伪。

而全息技术最为重要的应用主要集中在军事上，一般正常情况下军事雷达只能探测到对方具距离和方位，但是运用到全息技术后雷达在达到最基本的功能同时，还可以对目标进行立体成像，这对于及时发现飞机、舰艇有很大作用。因此，全息技术与备受我国重视。但是由于不良气候以及可见光在大气或水中的传播速度会减慢，所以无法有效的进行。为了克服这种困难，红外微波及超声全息技术就被应用到其中，通过相干的红外光、微波及超声波拍摄全息照片，在通过可见光现象。因此，超声全息技术对水下舰艇军事行动的侦查和监视起到了重要作用[4]。

结语：光学在我们生活中的各种领域都得到了广泛的应用，并且与我们的生活息息相关。总之，作为最物理学中的一个基础学科，光学的发展历史证明了人们对光学的探索和学习从未停止过。因此，光学技术的发展给人类文明带来了巨大的进步，也同样为人类健康和科技发展做出了有力支撑。

参考文献

[1]刘吴若.浅谈光学的发展与应用[J].科技展望，2016，（28）：265.

[2]李奇峰，沙乾坤，王洋，陈达.基于非线性光学的2PE-STED显微技术的发展与应用[J].纳米技术与精密工程，2015，（02）：81-89.

[3]沈超，张玉钧，倪家正.光学气体吸收池在吸收光谱技术中的发展与应用[J].红外，2012，（12）：1-7.

[4]杨淑丽，阎恒梅.光学塑料的发展与应用[J].应用光学，1991，（04）：59-64.