光学技术发展史应用以及未来展望-光学发展现状

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前言：日本在20世纪80年代就提出“21世纪将是光技术的世纪”。电子技术虽然在20世纪文明社会的发展做出了巨大贡献，但由于电子技术被带宽等物理性质所限制和相互干扰，没有新的根本性的突破。无法满足二十一世纪， 信息容量大， 处理速度快，高密度的存储需求。光(光子)比电(电子)低功耗，高集成度，大容量，将在21世纪大发展。

1、光学的发展史

1.1 从远古到16世纪的萌芽时期，做了简单的光学现象的记录，并没有做系统的研究。创建一些简单的光学仪器，主要代表人物有：墨翟(公元前468-376年)著有《墨经》和欧几里得(公元前325年—公元前265年)著有《光学》。

1.2 从16世纪中期18世纪初的几何光学时期是光学发展的转机，建立了直线传播，折射，反射定律；提出了费马原理，光程，光的强度，颜色等概念和观察复杂的光学现象，建立，巩固和发展了牛顿的粒子理论。同时，波动理论开始萌芽。主要代表人物：费马(法，1601～1665)的费马原理，牛顿(英，1643～1727)的微粒学说。

1.3 波动光学时期从19世纪初19世纪末， 建立了波动理论， 干涉， 衍射和光极化现象的理解释；迈克尔逊干涉仪， 否决了“以太”的存在，提出并验证光的本质是一种电磁波。以惠更斯，杨氏和菲涅耳为主要代表人物。

1.4 量子光学时期从19世纪末到20世纪初，发现经典电磁理论的缺点，并建立光的量子理论。

主要代表人物有普朗克(德，1858～1947)黑体辐射问题和爱因斯坦(美，1879～1955)解说光电效应。

1.5 从20世纪60年代今的现代光学时期，自1960年梅曼(美国，19272007年)所做的台红宝石激光器， 光进入了快速发展阶段，激光物理，激光技术，全息技术，光纤应用，红外波动的应用，非线性光学的新阶段，衍生出很多新的分支(非线性光学，全息光学，激光光谱学，自适应光学等) 。

2、光学的应用

2 . 1 激光技术

激光可用于测距测速， 利用半导体发光应用高频调制的精密工程测距仪，距离可达数公里，精度为1～2厘米。激光用于精密计量，加工精密机械，照射种子产生遗传变异，改良作物；还有可用于视网膜焊接，瞳孔虹膜切除等。

2 . 2 空间光学

在空间天文， 深空探测和对地观测等领域中需要使用空间光学系统。主要技术包括： 高空间分辨率， 高光谱分辨率， 高时间分辨率，高辐射分辨率和定标精度。

2 . 3 红外技术

红外探测器，导弹制导和靶场测量、夜视、侦察、遥感、卫星姿态控制以及农业等许多方面都有很多应用。

2 . 4 高速摄影

利用光电效应的克尔盒高速摄影机，利用电控光阀的象增强摄影等。

3、光学的展望

3.1 光子技术，擅长信息传输，并具有宽带、大容量和并行处理等优点，在最近二十几年来有很大的发展，如光纤通信， 光盘存储，传感领域光子技术等的出现。还有当今广泛应用的电子计算机， 它的外部设备阵地(存储、显示、输入\输出等)也已经被光子技术占领。但是计算机的芯片仍被电子技术垄断。因此，电子技术胜利的标志就是攻下这个电子技术的堡垒，进而实现全光通信，全光网络和全光计算机。

3.2 在过去的五十年中，光学物理研究最多的是激光光源，在今后的五十年里，人们应该着重研究对激光的控制(或光子调控) ，尤其是光开关技术。 全光开关是”以光控光“的基本光子组件。因为光子之间的相互作用太弱， 全光开关不能像电子晶体管开关那样直接地实现，一般要采用非线性光学方法间接地实现。这就是用激光致使介质的光学参量( 折射率， 吸收系数， 极化率，偏振态、频率等)发生非线性变化，从而控制在该介质中传输的光束，改变它的强度、方向、波长、偏振或速度。因此光开关是基于非线性光学原理的技术。

3.3 信息光子技术

信息技术， 包括通信、计算、传感与遥测等技术，事关经济发展和各种关键技术的现代化(如材料技术、能源技术、环境技术、生物医学技术、军事技术等)的带头羊。

3.4 光计算机

以光子作为信息载体， 光信号的数学运算，逻辑运算，信息存储和处理。光计算机直接对光信号进行处理， 省去了计算机中的光信号与电信号的互换所带来的麻烦。

3.5 光学应用于其他重要前沿基础科学(如激光光谱学，激光化学、光学信息理论) ，以促进其他学科和技术的发展(例如材料科学，农业科学，空间科学的发展) ， 加强发展研究，提高光学装备的质量、经济性和及实用性。如光机电的综运用，新材料的发展等。

3.6 量子通信与量子密码技术

加密技术是保护信息安全的主要手段之一，1976年就出现了古典密码，斯巴达密码棒，直到今天，密码尤其重要。信息安全是公众普遍关注的社会热点问题，传统的保密技术已经过时了，急需一种新的密码技术。量子密码技术提供了一种无条件安全的保密方案，可以防止被别人破解。

总结：综上所述，光子技术将会得到飞速的发展，展望21世纪，我相信，任何大胆的预测都跟不上光子技术的发展。中国为适应信息时代的潮流，赶上先进水平，应开发光子技术和光子产业。（华南师范大学光电学院，刘楚明）

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