淺談光學的發展與應用

張沖

摘 要：光學是物理學中最古老的一個基礎學科，又是當今科學研究中最活躍的學科之一，隨著人類對自然的認識不斷深入，光學已經具有非常悠久的歷史。光學研究已經深入到人們的生活當中，本文主要闡述了光學的發展歷史，以及在通訊、醫學和軍事領域中的應用。

關鍵詞：光學；發展；應用

前言：光學即使物理學中最古老的一個基礎學科，又是當今科學研究中最活躍的前沿陣地，具有強大的生命力和不可估量的前途。光學的發展過程是人類認識客觀世界進程的一個重要組成部分，它的很多規律和理論都是從生產實踐中總結出來的。因此，光學的發展對生產實踐和科學實驗提供了重要的理論依據，從而促進了光學在各個領域的應用。

一、光學的發展簡史

（一）萌芽時期

中國古代對光的認識是和生產、生活實踐密不可分的，它的氣源的是火的出現和光源的利用，根據歷史記載，中國古代對光的認識大多集中在光的直線傳播、光的反射、成像等多個理論方面。并且人們已經逐漸的發現其中的原理，像早在春秋戰國時期《墨經》就記載了小孔成像實驗，這是對光的直線傳播的認識；鏡子出現就是利用光的反射原理；以及海市蜃樓的現象就是大氣光學原理的體現。

（二）幾何光學時期

這一時期可以成為光學發展史上的轉折點，以內在這個時間建立了光的反射定律和折射定律，奠定了幾個光學的基礎。同時為了提高人眼的觀察能力，在這個時期人們發明了光學儀器，人類第一架望遠鏡的誕生很好出盡了天文學和航海事業的發展，同樣顯微鏡也為生物學的發展做出了巨大貢獻。相繼光的干涉、衍射、偏振現象也被發現，從而使光學歷史朝著播放光學時期發展[1]。

（三）波動光學時期

19世紀初，波動光學初步形成，其中托馬斯-楊圓滿解釋了薄膜顏色和雙俠縫干涉現象。菲涅爾在1818年以楊氏干涉原理補充了惠更斯原理，便形成了人們所熟知的惠更斯-菲涅爾原理，從而在光的本性方面人們的認識更進一步。

（四）量子光學時期

19世紀末到20世紀初，光學的研究深入到光的發生、光和物質相互作用的微觀機制中。其中1887年赫茲發現了光電效應；1900年，普朗克從物質分子結構理論中提出了輻射的量子論；1905年愛因斯坦運用量子論解釋了光電效應；20初光的干涉、衍射、偏振以及運動物體的光學現象確證了光是電磁波，光和一切微觀粒子都具有波粒二象性，這個認識租金了原子核和粒子研究的發展，也推動了人們去進一步探究光和物質的本質[2]。

（五）現代光學時期

20世紀中期，隨著新技術的出現，新的理論也在不斷發展，也已經逐漸形成了新的科學分支和邊緣學科，光學的應用變得十分廣泛。隨著科學技術的不斷進步，人們把數學、信息論與光的衍射相結合起來，形成了一門新的學科叫做傅里葉光學，它可以在光學計算、像質評論、信息處理等光面應用進去，特別是激光發明，可以說是光學發展使上的一個座里程碑。再加上由于激光所以共的相干光和有利思及阿帕特內克斯改進了全息術，成為一個新的科學領域叫做光學信息處理，其重要成就就是光纖通信技術，它為處理信息和傳輸提供了非常有利的技術保障。

二、光學在生活中的應用

通過把現代光學和其他學科技術的緊密結合，對人們的生活和生產具有重大的影響，同時現代光學也被用到了很多領域，如：通訊、醫療、農業、軍事、測量等各種行業，并為其發展起到了十分重要的作用。

（一）X射線

自從1985年德國物理學家倫琴發現X射線距今已經有100多年的歷史，X射線的透視和攝片為人類健康做出了巨大貢獻。X射線具有穿透性、攝影效應和熒光的特點；另一方面是基于人體組織有密度和厚度的差別，X射線穿透人體不同結構所吸收的程度也會不同，最后到達熒光或X射線片上就會有差異。

X射線CT掃描機是70年代初七發展起來的一門新的X射線醫學診斷學科，是吧計算機技術與X射線相結合起來，并且把其影響數字化，改變了傳統的儲存和直觀的表達方法。該裝置可以在現代醫學中的臨場發現中，科學有效的為疾病進行診斷。并且該診斷方式對病人的疾病診斷沒有痛苦、沒有任何傷害，不存在檢查危險，診斷價值極高，所以對醫學診斷的科技發展起到了很好的促進作用，成為醫學診斷領域史上的重大給個。從而對人們的身體健康和醫生對疾病的確診起到了很大的幫助[3]。

（二）光纖通信技術

光纖通信技術又稱通信工程，現代人們生活中所使用的電腦和手機都離不開通信技術的支持，同樣給人們的生活帶來的極大的方便性。通信技術主要運用了光學的波分復用技術和光纖接入技術，把傳統的電信號轉化成光波信號，實現了信息傳播的高速化，并且可以把信息源傳輸到一個或多個接受端，極大的提高了信息傳播效率，滿足了廣大人民群眾對信息的需求。同時，光纖通信技術具有多種可以拓展的結構，它可以在構成的網絡局域構架中共享信息資源，達到了資源共享的目的。

（三）全息技術

全息技術主要是利用干涉原理對物體的光波信息記性記錄，即在拍攝過程中在激光輻照下被拍攝物體形成了漫射式的光束，用激光作為參考光束射到底片上，和物體光束相疊加干涉，從而利用干涉條紋的反差和間隔把全部信息記錄下來。而在全息技術的實際運用中，可以用來復制保存珍貴的歷史文物、一說、信息儲存和記錄物理狀態變化幾塊的瞬間現象、瞬間過程（如爆炸和燃燒）等各個方面都得到了廣泛的應用。最為常見的便是應用到全息技術的防偽技術，可以適用于銀行卡、身份證、駕駛執照等各種主要證件的防偽。

而全息技術最為重要的應用主要集中在軍事上，一般正常情況下軍事雷達只能探測到對方具距離和方位，但是運用到全息技術后雷達在達到最基本的功能同時，還可以對目標進行立體成像，這對于及時發現飛機、艦艇有很大作用。因此，全息技術與備受我國重視。但是由于不良氣候以及可見光在大氣或水中的傳播速度會減慢，所以無法有效的進行。為了克服這種困難，紅外微波及超聲全息技術就被應用到其中，通過相干的紅外光、微波及超聲波拍攝全息照片，在通過可見光現象。因此，超聲全息技術對水下艦艇軍事行動的偵查和監視起到了重要作用[4]。

結語：光學在我們生活中的各種領域都得到了廣泛的應用，并且與我們的生活息息相關。總之，作為最物理學中的一個基礎學科，光學的發展歷史證明了人們對光學的探索和學習從未停止過。因此，光學技術的發展給人類文明帶來了巨大的進步，也同樣為人類健康和科技發展做出了有力支撐。

參考文獻

[1]劉吳若.淺談光學的發展與應用[J].科技展望，2016，（28）：265.

[2]李奇峰，沙乾坤，王洋，陳達.基于非線性光學的2PE-STED顯微技術的發展與應用[J].納米技術與精密工程，2015，（02）：81-89.

[3]沈超，張玉鈞，倪家正.光學氣體吸收池在吸收光譜技術中的發展與應用[J].紅外，2012，（12）：1-7.

[4]楊淑麗，閻恒梅.光學塑料的發展與應用[J].應用光學，1991，（04）：59-64.