光学学科建立

『壹』 集成光学的学科理论

集成光学的理论问题，主要是媒质波导理论，它有助于人们深入了解波导中光学现象的物理本质，并用于光波导、器件和光学回路的研究设计。人们常常把波导中光学现象(如传播、耦合、调制等等)的研究，称为导波光学。
媒质波导理论已从不同角度建立起来。首先，是建立在麦克斯韦方程组基础上的媒质波导电磁理论；其次，从射线光学角度，建立了锯齿波模型的波导理论。把波导中的光波看成是在薄膜的上下两个界面来回反射的光线，而且走的是一条锯齿形路程。
从锯齿波模型出发，可以比较简单和直观地推导模方程，讨论媒质波导理论的基本概念，处理棱镜、光栅耦合器、表面散射等许多问题。另外还从量子力学角度，建立了势阱模型的波导理论。描述光波在波导中运动的波动方程和描述电子在位阱中运动的薛定谔方程有相同的形式，用 WKB法可得到波动方程的近似解。
集成光学中许多重要现象及器件的分析，经常采用耦合模理论。把由于波导结构不规则性和材料不均匀性等产生模式之间功率交换（模式之间发生耦合）的实际波导系统，视为一种微扰波导系统，假定它是由互相发生耦合的若干孤立单元所组成。其电磁场可按某种形式的规则波导单元的本征模展开，推导并求解耦合模方程。在集成光学中，主要是利用耦合模方程来处理媒质波导中导模之间、导模与辐射模之间的各种耦合问题，以及与这类耦合有关的器件（见光的电磁理论、光的干涉、几何光学）。

『贰』 光学的发展可分为哪几个时期

光学是一门有悠久历史的学科，它的发展史可追溯到2000多年前。人类对光的研究，最初主要是试图回答“人怎么能看见周围的物体”等类问题。约在公元前400多年，中国的《墨经》中记录了世界上最早的光学知识。——基本知识篇。

『叁』 光学的学科内容

通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。 从光是一种波动出发，研究光在介质中传播规律的学科，也称为波动光学。可用来研究光的干涉、光的衍射、光的偏振及其在各向异性介质中传播所呈现出的现象。由于光速和电磁波传播速度相同，从而推测光也是电磁波，这一推测被以后所有实验所证实。而利用几何光学所得的结果，通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限。
与几何光学不同，波动光学不仅考察孔径远大于波长情况下的光的传播过程，而且研究任何孔径情况下的光的传播过程。波动光学总能得出正确的解，但是有时用波动光学方法较为复杂，所以通常根据问题的性质来决定采用几何光学还是波动光学，或者两者兼而用之。例如，在光学仪器的一般光学系统设计中，多用几何光学方法来确定系统的结构要素，但在求得光能分布形式从而评价其成像质量时，就必须用波动光学方法。
波动光学的理论基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。光在介质中的宏观参量介电常数ε和磁导率μ，麦克斯韦方程组中表现为系数。它们与透明介质的折射率n之间有个简单的关系：n=(εμ)1/2。波动光学不详细论述ε和μ与物质结构的关系，而侧重于解释光波的传播规律。在建立ε和μ跟分子和晶体结构之间的关系中，研究这些内容有时称为分子光学。波动光学可解释光在散射介质和各向异性介质中传播时所伴随产生的过程和在介质界面附近的表现；也能解释色散现象和各种介质中压力、温度、声场、电场和磁场对光学现象的影响。
虽然波动光学能对光的传播作出满意的解释，但一般不能说明光的发射和吸收过程，表现出经典物理的困难。 1900年，普朗克在研究黑体辐射时为了从理论上推导出那时他已经得到的与实际相符甚好的经验公式，大胆提出了与经典概念迥然不同的假设，即组成黑体的振子的能量不能连续变化，只能取一份份的分立值：0，hv，2hv，…，nhv，其中n为正整数，ν为振子频率，h为普朗克常数，其值为6.626×10－34J·s。1905年，爱因斯坦在研究光电效应时推广了普朗克的上述量子论，进而提出了光子的概念。他认为光能并不像电磁波理论所描述的那样把能量分布在波阵面上，而是集中在所谓光子的微粒上。这种微粒仍保持着频率的概念，频率为ν的光子具有能量hν。在光电效应中，当光子照射到金属表面时，一次为金属中的电子全部吸收，而无需电磁理论所预计的那种累积能量的时间，电子把这能量的一部分用于克服金属表面对它的吸力即作逸出功，余下的就变成电子离开金属表面后的动能。由此认识到一个原子或一个分子能把它的能量转变成电磁场辐射或从该场中获得能量，但只能以光子hν为单位来进行。
光的波动和光（量）子的二象性是光的本性。光子、电子、质子、中子等微观客体的波粒二象性是形成量子力学的重要基础。从这种光子的性质出发来研究光的本性以及光与物质相互作用的学科即称为量子光学，它的基础主要是量子力学或量子电动力学。关于光在分子、原子中的产生与消失，不仅是光的本质问题，还关系到分子、原子的结构。从实验上验证和从理论上论述这类问题，是光学的一个分支，称光谱学。
光的波动和光（量）子的二象性是光的本性。它表现的宏观世界中连续的波动和微观世界中的不连续的量子，在经典物理学简化的机械概念中是互相排斥的，而客观实际上，它们是统一的。后来不仅从理论上而且也从实验上无可争辩地证明了：但光有这种两重性，微观世界的物质，包括电子、质子、中子和原子，它们虽是颗粒实物，也都有与其本身质量和速度相联系的波动的特性（见波粒二象性）。
上述光的量子理论促进了近代物理学的发展。此外，在运动媒质的光学现象的研究中，19世纪80年代用迈克耳孙干涉仪测量由同一光束分成相互垂直的两个方向光速的差异，其结果显示光速是不变的（见迈克耳孙－莫雷实验），成为爱因斯坦狭义相对论的实验基础，这一事实也是近代物理中十分重要的成就。因此，光学学科中的研究成果对于量子力学和相对论的建立起了决定性的作用。上述两大学说构成了现代物理学乃至现代科学技术的理论基础。

『肆』 光学的学科进展

近几十年来光学更加迅猛地发展，开始进入了一个新的时期，学科进展成为现代物理学与现代科学和技术前沿的重要组成部分。最重要的成就是证实并完善了爱因斯坦于1916年预言过的原子和分子的受激辐射的理论，并创造了许多具体产生受激辐射的技术。爱因斯坦研究辐射时指出，有自发辐射和受激辐射两种。光源的发射一般都属自发辐射，其中受激辐射概率小到可忽略不计。但受激辐射具有产生同方向、同位相、同频率和同偏振辐射的性质。在一定条件下，如果能使受激辐射继续去激发其他粒子，造成连锁反应，雪崩似地获得放大效果，最后给出单色性的辐射，即所谓的激光。第一个实现这种量子放大的辐射的是1954年以C.汤斯完成的微波激射器。随后在1960年T.梅曼用红宝石制成第一台可见光的激光器；同年制成氦氖激光器；1962年产生了半导体激光器；1963年产生可调谐染料激光器。近几十年来制成的各种激光器已覆盖由X射线、紫外、可见、红外及至微波的整个波段。由于激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，所以自激光器发明以来，激光科学与激光技术得到了迅速发展和广泛应用，引起了整个科学技术的重大变化。
另一个重要的现代光学分支是由成像光学、全息术和光学信息处理组成的。这一分支可追溯到1873年E.阿贝提出的显微镜成像理论和1906年A.波特为之完成的实验验证；1935年F.泽尔尼克提出位相反衬观察法，而由蔡司（Zeiss）工厂制成相衬显微镜，为此他于1953年获得诺贝尔物理学奖；1948年D.伽柏提出的现代全息照相术前身的波阵面再现原理，为此，伽柏于1971年获得诺贝尔物理学奖。
20世纪50年代开始把数学、电子技术和通信理论与光学结合起来，给光学引入了频谱、空间滤波、载波、线性变换及相关运算等概念，更新了经典成像光学，形成了傅里叶光学。再加上由于激光所提供的相干光和由E.利思及J.阿帕特内克斯改进了的波阵面再现——全息术，近几十年来形成了一个新的学科领域——光学信息处理。 数十年来，特别是1978年以来由于成功地减小了光纤中光的耗损，纤维光学的应用得到突飞猛进的发展。它不仅为内窥光学系统提供了纤维传像和传光，尤其重要的是它成功地应用于通信系统，光缆代替电缆，实现了光纤通信。这是现代光学的另一重要成就，为信息传输和处理提供了崭新的技术。
在现代光学本身，除非线性光学、激光光谱学、超强超快光学、激光材料和激光器物理外，在以下领域越来越多地为人们所关注。以激光引发核聚变在探索实现受控热核反应方面已经达到了能产生“发火点”的水平。激光光谱学，包括激光喇曼光谱学、高分辨率光谱和皮秒超短脉冲以及可调谐激光技术等已使传统的光谱学发生了很大的变化，成为深入研究物质微观结构、运动规律及能量转换机制的重要手段。它为凝聚态物理学、分子生物学和化学的动态过程的研究提供了前所未有技术。激光冷却和玻色－爱因斯坦凝聚的实现以及原子激光的诞生是20世纪末物理学的重大突破性进展之一。在量子通信与量子计算方面，自从1994年P.舒尔提出量子平行算法以来，量子通信与量子计算发展成物理学与信息科学相结合的新兴交叉学科，这方面的理论和实验均取得了重大进展。 与扫描隧道显微镜类似，发展了一系列近场光学扫描显微镜技术，分辨率已达到光波波长的数十分之一，并形成了一门光学、扫描探针显微学和光谱学相结合的新型交叉学科——近场光学。光子晶体是一种周期的介电（包括金属）结构，它的周期相应于光波波长，在光子晶体中光的传播特性以及光子与原子、分子的相互作用都发生了本质的改变，从而可控制光子的运动。这是一类全新的光子器件的物理基础。现代光学不仅促进了物理的发展，并与化学、生命科学、信息科学、材料科学等领域的交叉日渐广泛和深入，同时也为应用发展研究提供了广阔的前景，已成为高技术领域发展所依托的重要学科基础之一。

『伍』 简述光学是怎样形成和发展起来的

光学(optics)是物理学的重要分支学科。也是与光学工程技术相关的学科。狭义来说，光学是关于光和视见的科学，optics词早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。而今天常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线和γ射线的宽广波段范围内的电磁辐射的产生、传播、接收和显示，以及与物质相互作用的科学，着重研究的范围是从红外到紫外波段。它是物理学的一个重要组成部分。
光学是研究光的行为和性质的物理学科。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述;同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。
请
光学的起源在西方很早就有光学知识的记载，欧几里得(Euclid，公元前约330～260)的<反射光学>(Catoptrica)研究了光的反射；阿拉伯学者阿勒·哈增(AI-Hazen，965～1038)写过一部<光学全书>，讨论了许多光学的现象。
光学真正形成一门科学，应该从建立反射定律和折射定律的时代算起，这两个定律奠定了几何光学的基础。17世纪，望远镜和显微镜的应用大大促进了几何光学的发展。
光的本性（物理光学）也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具有直线传播的性质。19世纪以前，微粒说比较盛行。但是，随着光学研究的深入，人们发现了许多不能用直进性解释的现象，例如干涉、衍射等，用光的波动性就很容易解释。於是光学的波动说又占了上风。两种学说的争论构成了光学发展史上的一根红线。
狭义来说，光学是关于光和视见的科学，optics(光学)这个词，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。而今天，常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及跟物质相互作用的科学。光学是物理学的一个重要组成部分，也是与其他应用技术紧密相关的学科。
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『陆』 环境光学的学科起源

环境光学是在光度学、色度学、生理光学、心理物理学、物理光学、建筑光学等学科的基础上发展起来的。环境光学的定量分析以光度学、色度学为基础；在研究光与视觉的关系上主要借助于生理光学及心理物理学的实验和评价方法。
天然光环境的光源是太阳，日光穿过大气层时被大气中的气体分子、云和尘埃扩散，使天空具有一定的亮度。地球上接受的天然光就是由直射日光和天空扩散光形成的。通常以地平面照度、天空亮度和天然光的色度值来定量描述天然光环境。地面照度取决于太阳高度角、天空亮度和大气透明度。
在世界不同的地区，由于气象因素(日照率、云、雾等)和大气污染程度的差异，光环境特性也不相同。因此须要对一个国家和地区的天然光环境进行常年连续的观测、统计和分析，取得区域性的天然光数据。这是研究天然光环境的一项首要工作。
为了利用天然光创造美好舒适的光环境，环境光学还要研究天然光的控制方法、光学材料和光学系统。这方面的成果已为建筑采光普遍应用。又发展了通过定日镜、反射镜和透镜系统，或是用光导纤维将日光远距离输送的设备，使建筑物的深处以至地下、水下都能得到天然光照明。

『柒』 光学是几级学科

如果具体的说它并不算是学科，，而是属于光学
的
一
项内容。比如干涉、衍射或反射中的薄膜。

『捌』 光学属于什么学科

光学属于物理学科。

光学（optics）是物理学的重要分支学科。也是与光学工程技术相关的学科。狭义来说，光学是关于光和视见的科学，optics词早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。

而今天常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线和γ射线的宽广波段范围内的电磁辐射的产生、传播、接收和显示，以及与物质相互作用的科学，着重研究的范围是从红外到紫外波段。它是物理学的一个重要组成部分。

光学是研究光的行为和性质的物理学科。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组来描述；同时，光具有波粒二象性，光的粒子性则需要用量子力学来描述。

(8)光学学科建立扩展阅读：

物理学的其他分类

1、牛顿力学（Newton mechanics）与分析力学（analytical mechanics）研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律

2、电磁学（electromagnetism）与电动力学（electrodynamics）研究电磁现象，物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律

3、热力学（thermodynamics）与统计力学（statistical mechanics）研究物质热运动的统计规律及其宏观表现

4、狭义相对论（special relativity）研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律。

5、广义相对论（general relativity）研究在大质量物体附近，物体在强引力场下的动力学行为。

6、量子力学（quantum mechanics）研究微观物质运动现象以及基本运动规律。

『玖』 以量子力学为例谈一谈一门新的学科如何建立 问题补充：1、事件列举，当时的理论解释不了光学光谱，黑体

一个新学科抄的建立，必须要满足两个条件：第一个是，新理论必须能够解释现有的实验现象，并且和旧的理论能够自洽。第二是，新理论要能够提出一些新的问题，并且能设计出实验验证这些问题。
对于量子力学的发展来说，就很好的吻合了这两个条件。首先，量子力学在宏观尺度上能够退化为经典牛顿力学。
其次，量子理论的发展经历了30多年，期间不断有新的理论出现，修补或者代替旧理论，也不断有实验出现验证这些理论。比如，你提到的黑体辐射和光电效应实验结果无法被旧的牛顿理论解释，只能被新的量子化的理论解释。
最后，量子建立其实有实验也有理论推导。建立期间，有实验先发现，然后提出理论解释；也有先有理论假设，然后出现实验验证的情况，比如说德布罗意的物质波假设。