光學學科建立

『壹』 集成光學的學科理論

集成光學的理論問題，主要是媒質波導理論，它有助於人們深入了解波導中光學現象的物理本質，並用於光波導、器件和光學迴路的研究設計。人們常常把波導中光學現象(如傳播、耦合、調制等等)的研究，稱為導波光學。
媒質波導理論已從不同角度建立起來。首先，是建立在麥克斯韋方程組基礎上的媒質波導電磁理論；其次，從射線光學角度，建立了鋸齒波模型的波導理論。把波導中的光波看成是在薄膜的上下兩個界面來回反射的光線，而且走的是一條鋸齒形路程。
從鋸齒波模型出發，可以比較簡單和直觀地推導模方程，討論媒質波導理論的基本概念，處理棱鏡、光柵耦合器、表面散射等許多問題。另外還從量子力學角度，建立了勢阱模型的波導理論。描述光波在波導中運動的波動方程和描述電子在位阱中運動的薛定諤方程有相同的形式，用 WKB法可得到波動方程的近似解。
集成光學中許多重要現象及器件的分析，經常採用耦合模理論。把由於波導結構不規則性和材料不均勻性等產生模式之間功率交換（模式之間發生耦合）的實際波導系統，視為一種微擾波導系統，假定它是由互相發生耦合的若干孤立單元所組成。其電磁場可按某種形式的規則波導單元的本徵模展開，推導並求解耦合模方程。在集成光學中，主要是利用耦合模方程來處理媒質波導中導模之間、導模與輻射模之間的各種耦合問題，以及與這類耦合有關的器件（見光的電磁理論、光的干涉、幾何光學）。

『貳』 光學的發展可分為哪幾個時期

光學是一門有悠久歷史的學科，它的發展史可追溯到2000多年前。人類對光的研究，最初主要是試圖回答「人怎麼能看見周圍的物體」等類問題。約在公元前400多年，中國的《墨經》中記錄了世界上最早的光學知識。——基本知識篇。

『叄』 光學的學科內容

通常把光學分成幾何光學、物理光學和量子光學。 從光是一種波動出發，研究光在介質中傳播規律的學科，也稱為波動光學。可用來研究光的干涉、光的衍射、光的偏振及其在各向異性介質中傳播所呈現出的現象。由於光速和電磁波傳播速度相同，從而推測光也是電磁波，這一推測被以後所有實驗所證實。而利用幾何光學所得的結果，通常總是波動光學在某些條件下的近似或極限。
與幾何光學不同，波動光學不僅考察孔徑遠大於波長情況下的光的傳播過程，而且研究任何孔徑情況下的光的傳播過程。波動光學總能得出正確的解，但是有時用波動光學方法較為復雜，所以通常根據問題的性質來決定採用幾何光學還是波動光學，或者兩者兼而用之。例如，在光學儀器的一般光學系統設計中，多用幾何光學方法來確定系統的結構要素，但在求得光能分布形式從而評價其成像質量時，就必須用波動光學方法。
波動光學的理論基礎就是經典電動力學的麥克斯韋方程組。光在介質中的宏觀參量介電常數ε和磁導率μ，麥克斯韋方程組中表現為系數。它們與透明介質的折射率n之間有個簡單的關系：n=(εμ)1/2。波動光學不詳細論述ε和μ與物質結構的關系，而側重於解釋光波的傳播規律。在建立ε和μ跟分子和晶體結構之間的關系中，研究這些內容有時稱為分子光學。波動光學可解釋光在散射介質和各向異性介質中傳播時所伴隨產生的過程和在介質界面附近的表現；也能解釋色散現象和各種介質中壓力、溫度、聲場、電場和磁場對光學現象的影響。
雖然波動光學能對光的傳播作出滿意的解釋，但一般不能說明光的發射和吸收過程，表現出經典物理的困難。 1900年，普朗克在研究黑體輻射時為了從理論上推導出那時他已經得到的與實際相符甚好的經驗公式，大膽提出了與經典概念迥然不同的假設，即組成黑體的振子的能量不能連續變化，只能取一份份的分立值：0，hv，2hv，…，nhv，其中n為正整數，ν為振子頻率，h為普朗克常數，其值為6.626×10－34J·s。1905年，愛因斯坦在研究光電效應時推廣了普朗克的上述量子論，進而提出了光子的概念。他認為光能並不像電磁波理論所描述的那樣把能量分布在波陣面上，而是集中在所謂光子的微粒上。這種微粒仍保持著頻率的概念，頻率為ν的光子具有能量hν。在光電效應中，當光子照射到金屬表面時，一次為金屬中的電子全部吸收，而無需電磁理論所預計的那種累積能量的時間，電子把這能量的一部分用於克服金屬表面對它的吸力即作逸出功，餘下的就變成電子離開金屬表面後的動能。由此認識到一個原子或一個分子能把它的能量轉變成電磁場輻射或從該場中獲得能量，但只能以光子hν為單位來進行。
光的波動和光（量）子的二象性是光的本性。光子、電子、質子、中子等微觀客體的波粒二象性是形成量子力學的重要基礎。從這種光子的性質出發來研究光的本性以及光與物質相互作用的學科即稱為量子光學，它的基礎主要是量子力學或量子電動力學。關於光在分子、原子中的產生與消失，不僅是光的本質問題，還關繫到分子、原子的結構。從實驗上驗證和從理論上論述這類問題，是光學的一個分支，稱光譜學。
光的波動和光（量）子的二象性是光的本性。它表現的宏觀世界中連續的波動和微觀世界中的不連續的量子，在經典物理學簡化的機械概念中是互相排斥的，而客觀實際上，它們是統一的。後來不僅從理論上而且也從實驗上無可爭辯地證明了：但光有這種兩重性，微觀世界的物質，包括電子、質子、中子和原子，它們雖是顆粒實物，也都有與其本身質量和速度相聯系的波動的特性（見波粒二象性）。
上述光的量子理論促進了近代物理學的發展。此外，在運動媒質的光學現象的研究中，19世紀80年代用邁克耳孫干涉儀測量由同一光束分成相互垂直的兩個方向光速的差異，其結果顯示光速是不變的（見邁克耳孫－莫雷實驗），成為愛因斯坦狹義相對論的實驗基礎，這一事實也是近代物理中十分重要的成就。因此，光學學科中的研究成果對於量子力學和相對論的建立起了決定性的作用。上述兩大學說構成了現代物理學乃至現代科學技術的理論基礎。

『肆』 光學的學科進展

近幾十年來光學更加迅猛地發展，開始進入了一個新的時期，學科進展成為現代物理學與現代科學和技術前沿的重要組成部分。最重要的成就是證實並完善了愛因斯坦於1916年預言過的原子和分子的受激輻射的理論，並創造了許多具體產生受激輻射的技術。愛因斯坦研究輻射時指出，有自發輻射和受激輻射兩種。光源的發射一般都屬自發輻射，其中受激輻射概率小到可忽略不計。但受激輻射具有產生同方向、同位相、同頻率和同偏振輻射的性質。在一定條件下，如果能使受激輻射繼續去激發其他粒子，造成連鎖反應，雪崩似地獲得放大效果，最後給出單色性的輻射，即所謂的激光。第一個實現這種量子放大的輻射的是1954年以C.湯斯完成的微波激射器。隨後在1960年T.梅曼用紅寶石製成第一台可見光的激光器；同年製成氦氖激光器；1962年產生了半導體激光器；1963年產生可調諧染料激光器。近幾十年來製成的各種激光器已覆蓋由X射線、紫外、可見、紅外及至微波的整個波段。由於激光具有極好的單色性、高亮度和良好的方向性，所以自激光器發明以來，激光科學與激光技術得到了迅速發展和廣泛應用，引起了整個科學技術的重大變化。
另一個重要的現代光學分支是由成像光學、全息術和光學信息處理組成的。這一分支可追溯到1873年E.阿貝提出的顯微鏡成像理論和1906年A.波特為之完成的實驗驗證；1935年F.澤爾尼克提出位相反襯觀察法，而由蔡司（Zeiss）工廠製成相襯顯微鏡，為此他於1953年獲得諾貝爾物理學獎；1948年D.伽柏提出的現代全息照相術前身的波陣面再現原理，為此，伽柏於1971年獲得諾貝爾物理學獎。
20世紀50年代開始把數學、電子技術和通信理論與光學結合起來，給光學引入了頻譜、空間濾波、載波、線性變換及相關運算等概念，更新了經典成像光學，形成了傅里葉光學。再加上由於激光所提供的相干光和由E.利思及J.阿帕特內克斯改進了的波陣面再現——全息術，近幾十年來形成了一個新的學科領域——光學信息處理。 數十年來，特別是1978年以來由於成功地減小了光纖中光的耗損，纖維光學的應用得到突飛猛進的發展。它不僅為內窺光學系統提供了纖維傳像和傳光，尤其重要的是它成功地應用於通信系統，光纜代替電纜，實現了光纖通信。這是現代光學的另一重要成就，為信息傳輸和處理提供了嶄新的技術。
在現代光學本身，除非線性光學、激光光譜學、超強超快光學、激光材料和激光器物理外，在以下領域越來越多地為人們所關注。以激光引發核聚變在探索實現受控熱核反應方面已經達到了能產生「發火點」的水平。激光光譜學，包括激光喇曼光譜學、高解析度光譜和皮秒超短脈沖以及可調諧激光技術等已使傳統的光譜學發生了很大的變化，成為深入研究物質微觀結構、運動規律及能量轉換機制的重要手段。它為凝聚態物理學、分子生物學和化學的動態過程的研究提供了前所未有技術。激光冷卻和玻色－愛因斯坦凝聚的實現以及原子激光的誕生是20世紀末物理學的重大突破性進展之一。在量子通信與量子計算方面，自從1994年P.舒爾提出量子平行演算法以來，量子通信與量子計算發展成物理學與信息科學相結合的新興交叉學科，這方面的理論和實驗均取得了重大進展。 與掃描隧道顯微鏡類似，發展了一系列近場光學掃描顯微鏡技術，解析度已達到光波波長的數十分之一，並形成了一門光學、掃描探針顯微學和光譜學相結合的新型交叉學科——近場光學。光子晶體是一種周期的介電（包括金屬）結構，它的周期相應於光波波長，在光子晶體中光的傳播特性以及光子與原子、分子的相互作用都發生了本質的改變，從而可控制光子的運動。這是一類全新的光子器件的物理基礎。現代光學不僅促進了物理的發展，並與化學、生命科學、信息科學、材料科學等領域的交叉日漸廣泛和深入，同時也為應用發展研究提供了廣闊的前景，已成為高技術領域發展所依託的重要學科基礎之一。

『伍』 簡述光學是怎樣形成和發展起來的

光學(optics)是物理學的重要分支學科。也是與光學工程技術相關的學科。狹義來說，光學是關於光和視見的科學，optics詞早期只用於跟眼睛和視見相聯系的事物。而今天常說的光學是廣義的，是研究從微波、紅外線、可見光、紫外線直到X射線和γ射線的寬廣波段范圍內的電磁輻射的產生、傳播、接收和顯示，以及與物質相互作用的科學，著重研究的范圍是從紅外到紫外波段。它是物理學的一個重要組成部分。
光學是研究光的行為和性質的物理學科。光是一種電磁波，在物理學中，電磁波由電動力學中的麥克斯韋方程組描述;同時，光具有波粒二象性，需要用量子力學表達。
請
光學的起源在西方很早就有光學知識的記載，歐幾里得(Euclid，公元前約330～260)的<反射光學>(Catoptrica)研究了光的反射；阿拉伯學者阿勒·哈增(AI-Hazen，965～1038)寫過一部<光學全書>，討論了許多光學的現象。
光學真正形成一門科學，應該從建立反射定律和折射定律的時代算起，這兩個定律奠定了幾何光學的基礎。17世紀，望遠鏡和顯微鏡的應用大大促進了幾何光學的發展。
光的本性（物理光學）也是光學研究的重要課題。微粒說把光看成是由微粒組成，認為這些微粒按力學規律沿直線飛行，因此光具有直線傳播的性質。19世紀以前，微粒說比較盛行。但是，隨著光學研究的深入，人們發現了許多不能用直進性解釋的現象，例如干涉、衍射等，用光的波動性就很容易解釋。於是光學的波動說又佔了上風。兩種學說的爭論構成了光學發展史上的一根紅線。
狹義來說，光學是關於光和視見的科學，optics(光學)這個詞，早期只用於跟眼睛和視見相聯系的事物。而今天，常說的光學是廣義的，是研究從微波、紅外線、可見光、紫外線直到X射線的寬廣波段范圍內的，關於電磁輻射的發生、傳播、接收和顯示，以及跟物質相互作用的科學。光學是物理學的一個重要組成部分，也是與其他應用技術緊密相關的學科。
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『陸』 環境光學的學科起源

環境光學是在光度學、色度學、生理光學、心理物理學、物理光學、建築光學等學科的基礎上發展起來的。環境光學的定量分析以光度學、色度學為基礎；在研究光與視覺的關繫上主要藉助於生理光學及心理物理學的實驗和評價方法。
天然光環境的光源是太陽，日光穿過大氣層時被大氣中的氣體分子、雲和塵埃擴散，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擴散光形成的。通常以地平面照度、天空亮度和天然光的色度值來定量描述天然光環境。地面照度取決於太陽高度角、天空亮度和大氣透明度。
在世界不同的地區，由於氣象因素(日照率、雲、霧等)和大氣污染程度的差異，光環境特性也不相同。因此須要對一個國家和地區的天然光環境進行常年連續的觀測、統計和分析，取得區域性的天然光數據。這是研究天然光環境的一項首要工作。
為了利用天然光創造美好舒適的光環境，環境光學還要研究天然光的控制方法、光學材料和光學系統。這方面的成果已為建築採光普遍應用。又發展了通過定日鏡、反射鏡和透鏡系統，或是用光導纖維將日光遠距離輸送的設備，使建築物的深處以至地下、水下都能得到天然光照明。

『柒』 光學是幾級學科

如果具體的說它並不算是學科，，而是屬於光學
的
一
項內容。比如干涉、衍射或反射中的薄膜。

『捌』 光學屬於什麼學科

光學屬於物理學科。

光學（optics）是物理學的重要分支學科。也是與光學工程技術相關的學科。狹義來說，光學是關於光和視見的科學，optics詞早期只用於跟眼睛和視見相聯系的事物。

而今天常說的光學是廣義的，是研究從微波、紅外線、可見光、紫外線直到X射線和γ射線的寬廣波段范圍內的電磁輻射的產生、傳播、接收和顯示，以及與物質相互作用的科學，著重研究的范圍是從紅外到紫外波段。它是物理學的一個重要組成部分。

光學是研究光的行為和性質的物理學科。光是一種電磁波，在物理學中，電磁波由電動力學中的麥克斯韋方程組來描述；同時，光具有波粒二象性，光的粒子性則需要用量子力學來描述。

(8)光學學科建立擴展閱讀：

物理學的其他分類

1、牛頓力學（Newton mechanics）與分析力學（analytical mechanics）研究物體機械運動的基本規律及關於時空相對性的規律

2、電磁學（electromagnetism）與電動力學（electrodynamics）研究電磁現象，物質的電磁運動規律及電磁輻射等規律

3、熱力學（thermodynamics）與統計力學（statistical mechanics）研究物質熱運動的統計規律及其宏觀表現

4、狹義相對論（special relativity）研究物體的高速運動效應以及相關的動力學規律。

5、廣義相對論（general relativity）研究在大質量物體附近，物體在強引力場下的動力學行為。

6、量子力學（quantum mechanics）研究微觀物質運動現象以及基本運動規律。

『玖』 以量子力學為例談一談一門新的學科如何建立 問題補充：1、事件列舉，當時的理論解釋不了光學光譜，黑體

一個新學科抄的建立，必須要滿足兩個條件：第一個是，新理論必須能夠解釋現有的實驗現象，並且和舊的理論能夠自洽。第二是，新理論要能夠提出一些新的問題，並且能設計出實驗驗證這些問題。
對於量子力學的發展來說，就很好的吻合了這兩個條件。首先，量子力學在宏觀尺度上能夠退化為經典牛頓力學。
其次，量子理論的發展經歷了30多年，期間不斷有新的理論出現，修補或者代替舊理論，也不斷有實驗出現驗證這些理論。比如，你提到的黑體輻射和光電效應實驗結果無法被舊的牛頓理論解釋，只能被新的量子化的理論解釋。
最後，量子建立其實有實驗也有理論推導。建立期間，有實驗先發現，然後提出理論解釋；也有先有理論假設，然後出現實驗驗證的情況，比如說德布羅意的物質波假設。