淺談光學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用

張沖

摘 要：光學(xué)是物理學(xué)中最古老的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，又是當(dāng)今科學(xué)研究中最活躍的學(xué)科之一，隨著人類(lèi)對(duì)自然的認(rèn)識(shí)不斷深入，光學(xué)已經(jīng)具有非常悠久的歷史。光學(xué)研究已經(jīng)深入到人們的生活當(dāng)中，本文主要闡述了光學(xué)的發(fā)展歷史，以及在通訊、醫(yī)學(xué)和軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光學(xué)；發(fā)展；應(yīng)用

前言：光學(xué)即使物理學(xué)中最古老的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，又是當(dāng)今科學(xué)研究中最活躍的前沿陣地，具有強(qiáng)大的生命力和不可估量的前途。光學(xué)的發(fā)展過(guò)程是人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀世界進(jìn)程的一個(gè)重要組成部分，它的很多規(guī)律和理論都是從生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的。因此，光學(xué)的發(fā)展對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了重要的理論依據(jù)，從而促進(jìn)了光學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

一、光學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

（一）萌芽時(shí)期

中國(guó)古代對(duì)光的認(rèn)識(shí)是和生產(chǎn)、生活實(shí)踐密不可分的，它的氣源的是火的出現(xiàn)和光源的利用，根據(jù)歷史記載，中國(guó)古代對(duì)光的認(rèn)識(shí)大多集中在光的直線(xiàn)傳播、光的反射、成像等多個(gè)理論方面。并且人們已經(jīng)逐漸的發(fā)現(xiàn)其中的原理，像早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期《墨經(jīng)》就記載了小孔成像實(shí)驗(yàn)，這是對(duì)光的直線(xiàn)傳播的認(rèn)識(shí)；鏡子出現(xiàn)就是利用光的反射原理；以及海市蜃樓的現(xiàn)象就是大氣光學(xué)原理的體現(xiàn)。

（二）幾何光學(xué)時(shí)期

這一時(shí)期可以成為光學(xué)發(fā)展史上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，以?xún)?nèi)在這個(gè)時(shí)間建立了光的反射定律和折射定律，奠定了幾個(gè)光學(xué)的基礎(chǔ)。同時(shí)為了提高人眼的觀察能力，在這個(gè)時(shí)期人們發(fā)明了光學(xué)儀器，人類(lèi)第一架望遠(yuǎn)鏡的誕生很好出盡了天文學(xué)和航海事業(yè)的發(fā)展，同樣顯微鏡也為生物學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。相繼光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象也被發(fā)現(xiàn)，從而使光學(xué)歷史朝著播放光學(xué)時(shí)期發(fā)展[1]。

（三）波動(dòng)光學(xué)時(shí)期

19世紀(jì)初，波動(dòng)光學(xué)初步形成，其中托馬斯-楊圓滿(mǎn)解釋了薄膜顏色和雙俠縫干涉現(xiàn)象。菲涅爾在1818年以楊氏干涉原理補(bǔ)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(rèn)識(shí)更進(jìn)一步。

（四）量子光學(xué)時(shí)期

19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，光學(xué)的研究深入到光的發(fā)生、光和物質(zhì)相互作用的微觀機(jī)制中。其中1887年赫茲發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)；1900年，普朗克從物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)理論中提出了輻射的量子論；1905年愛(ài)因斯坦運(yùn)用量子論解釋了光電效應(yīng)；20初光的干涉、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，光和一切微觀粒子都具有波粒二象性，這個(gè)認(rèn)識(shí)租金了原子核和粒子研究的發(fā)展，也推動(dòng)了人們?nèi)ミM(jìn)一步探究光和物質(zhì)的本質(zhì)[2]。

（五）現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期

20世紀(jì)中期，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，新的理論也在不斷發(fā)展，也已經(jīng)逐漸形成了新的科學(xué)分支和邊緣學(xué)科，光學(xué)的應(yīng)用變得十分廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們把數(shù)學(xué)、信息論與光的衍射相結(jié)合起來(lái)，形成了一門(mén)新的學(xué)科叫做傅里葉光學(xué)，它可以在光學(xué)計(jì)算、像質(zhì)評(píng)論、信息處理等光面應(yīng)用進(jìn)去，特別是激光發(fā)明，可以說(shuō)是光學(xué)發(fā)展使上的一個(gè)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(nèi)克斯改進(jìn)了全息術(shù)，成為一個(gè)新的科學(xué)領(lǐng)域叫做光學(xué)信息處理，其重要成就就是光纖通信技術(shù)，它為處理信息和傳輸提供了非常有利的技術(shù)保障。

二、光學(xué)在生活中的應(yīng)用

通過(guò)把現(xiàn)代光學(xué)和其他學(xué)科技術(shù)的緊密結(jié)合，對(duì)人們的生活和生產(chǎn)具有重大的影響，同時(shí)現(xiàn)代光學(xué)也被用到了很多領(lǐng)域，如：通訊、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、軍事、測(cè)量等各種行業(yè)，并為其發(fā)展起到了十分重要的作用。

（一）X射線(xiàn)

自從1985年德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)距今已經(jīng)有100多年的歷史，X射線(xiàn)的透視和攝片為人類(lèi)健康做出了巨大貢獻(xiàn)。X射線(xiàn)具有穿透性、攝影效應(yīng)和熒光的特點(diǎn)；另一方面是基于人體組織有密度和厚度的差別，X射線(xiàn)穿透人體不同結(jié)構(gòu)所吸收的程度也會(huì)不同，最后到達(dá)熒光或X射線(xiàn)片上就會(huì)有差異。

X射線(xiàn)CT掃描機(jī)是70年代初七發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新的X射線(xiàn)醫(yī)學(xué)診斷學(xué)科，是吧計(jì)算機(jī)技術(shù)與X射線(xiàn)相結(jié)合起來(lái)，并且把其影響數(shù)字化，改變了傳統(tǒng)的儲(chǔ)存和直觀的表達(dá)方法。該裝置可以在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的臨場(chǎng)發(fā)現(xiàn)中，科學(xué)有效的為疾病進(jìn)行診斷。并且該診斷方式對(duì)病人的疾病診斷沒(méi)有痛苦、沒(méi)有任何傷害，不存在檢查危險(xiǎn)，診斷價(jià)值極高，所以對(duì)醫(yī)學(xué)診斷的科技發(fā)展起到了很好的促進(jìn)作用，成為醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域史上的重大給個(gè)。從而對(duì)人們的身體健康和醫(yī)生對(duì)疾病的確診起到了很大的幫助[3]。

（二）光纖通信技術(shù)

光纖通信技術(shù)又稱(chēng)通信工程，現(xiàn)代人們生活中所使用的電腦和手機(jī)都離不開(kāi)通信技術(shù)的支持，同樣給人們的生活帶來(lái)的極大的方便性。通信技術(shù)主要運(yùn)用了光學(xué)的波分復(fù)用技術(shù)和光纖接入技術(shù)，把傳統(tǒng)的電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了信息傳播的高速化，并且可以把信息源傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)接受端，極大的提高了信息傳播效率，滿(mǎn)足了廣大人民群眾對(duì)信息的需求。同時(shí)，光纖通信技術(shù)具有多種可以拓展的結(jié)構(gòu)，它可以在構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)局域構(gòu)架中共享信息資源，達(dá)到了資源共享的目的。

（三）全息技術(shù)

全息技術(shù)主要是利用干涉原理對(duì)物體的光波信息記性記錄，即在拍攝過(guò)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(lái)。而在全息技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用中，可以用來(lái)復(fù)制保存珍貴的歷史文物、一說(shuō)、信息儲(chǔ)存和記錄物理狀態(tài)變化幾塊的瞬間現(xiàn)象、瞬間過(guò)程（如爆炸和燃燒）等各個(gè)方面都得到了廣泛的應(yīng)用。最為常見(jiàn)的便是應(yīng)用到全息技術(shù)的防偽技術(shù)，可以適用于銀行卡、身份證、駕駛執(zhí)照等各種主要證件的防偽。

而全息技術(shù)最為重要的應(yīng)用主要集中在軍事上，一般正常情況下軍事雷達(dá)只能探測(cè)到對(duì)方具距離和方位，但是運(yùn)用到全息技術(shù)后雷達(dá)在達(dá)到最基本的功能同時(shí)，還可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行立體成像，這對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)、艦艇有很大作用。因此，全息技術(shù)與備受我國(guó)重視。但是由于不良?xì)夂蛞约翱梢?jiàn)光在大氣或水中的傳播速度會(huì)減慢，所以無(wú)法有效的進(jìn)行。為了克服這種困難，紅外微波及超聲全息技術(shù)就被應(yīng)用到其中，通過(guò)相干的紅外光、微波及超聲波拍攝全息照片，在通過(guò)可見(jiàn)光現(xiàn)象。因此，超聲全息技術(shù)對(duì)水下艦艇軍事行動(dòng)的偵查和監(jiān)視起到了重要作用[4]。

結(jié)語(yǔ)：光學(xué)在我們生活中的各種領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，并且與我們的生活息息相關(guān)?？傊鳛樽钗锢韺W(xué)中的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，光學(xué)的發(fā)展歷史證明了人們對(duì)光學(xué)的探索和學(xué)習(xí)從未停止過(guò)。因此，光學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人類(lèi)文明帶來(lái)了巨大的進(jìn)步，也同樣為人類(lèi)健康和科技發(fā)展做出了有力支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]劉吳若.淺談光學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用[J].科技展望，2016，（28）：265.

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[3]沈超，張玉鈞，倪家正.光學(xué)氣體吸收池在吸收光譜技術(shù)中的發(fā)展與應(yīng)用[J].紅外，2012，（12）：1-7.

[4]楊淑麗，閻恒梅.光學(xué)塑料的發(fā)展與應(yīng)用[J].應(yīng)用光學(xué)，1991，（04）：59-64.