什么是光学
光学(optics)是钻研光(电磁波)的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。传统的光学只钻研可见光，现代光学已扩大到对全波段电磁波的钻研。
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，光拥有波粒二象性，必要用量子力学表白。
光学的发源在西方很早就有光学知识的纪录，欧几里得(Euclid，公元前约330～260)的<反射光学>(Catoptrica)钻研了光的反射;阿拉伯学者阿勒·哈增(AI-Hazen，965～1038)写过一部<光学全书>，会商了很多光学的景象。
光学真正形成一门科学，应该从成立反射定律和折射定律的时期算起，这两个定律奠定了几何光学的基础。17世纪，望远镜和显微镜的利用大大推进了几何光学的发展。
光的性子(物理光学)也是光学钻研的沉要课题。微粒说把光当作是由微粒组成，以为这些微粒按力学法规沿直线飞行，因而光拥有直线传布的性质。19世纪以前，微粒说比力流行。但是，随着光学钻研的深刻，人们发现了很多不能用直进性诠释的景象，例如过问、衍射等，用光的颠簸性就很容易诠释。於是光学的颠簸说又占了优势。两种学说的争论组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，是钻研从微波、红表线、可见光、紫表线直到 X射线的宽大波段领域内的，关于电磁辐射的产生、传布、接管和显示，以及跟物质相互作用的科学。光学是物理学的一个沉要组成部门，也是与其他利用技术缜密有关的学科。
汗青发展
光学是一门有悠久汗青的学科，它的发展史可追忆到2000多年前。
人类对光的钻研，最初重要是试图回覆“人怎么能看见周围的物体?”之类问题。约在公元前400多年(先秦的代)，中国的《墨经》中纪录了世界上最早的光学知识。它有八条关于光学的纪录，叙述影的界说和天生，光的直线传布性和针孔成像，并且以严谨的文字会商了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。
自《墨经》起头，公元11世纪阿拉伯人伊本.海赛木发现透镜；公元1590年到17世纪初，詹森和李普希同时独立地发显著微镜;一向到17世纪上半叶，才由斯涅耳和笛卡儿将光的反射和折射的观察了局，综合为今天各人所惯用的反射定律和折射定律。
1665年，牛顿进行太阳光的尝试，它把太阳光分化成单一的组成部门，这些成分形成一个色彩按肯定挨次分列的光散布---光谱。它使人们第一次接触到光的客观的和定量的特点，各单色光在空间上的分离是由光的性子决定的。
牛顿还发现了把曲率半径很大的凸透镜放在光学平玻璃板上，当用白光照射时，则见透镜与玻璃平板接触处出现一组彩色的同心环状条纹;当用某一单色光照射时，则出现一组明暗相间的同心环条纹，后人把这种景象称牛顿环。借助这种景象能够用第一暗环的空气隙的厚度来定量地表征相应的单色光。
牛顿在发现这些沉要景象的同时，凭据光的直线传布性，以为光是一种微粒流。微粒从光源飞出来，在均匀媒质内遵从力学定律作等速直线活动。牛顿用这种概想半数射和反射景象作了诠释。
惠更斯是光的微粒说的否决者，他缔造了光的颠簸说。提出--光同声一样，是以球形波面传布的--。并且指出光振动所达到的每一点，都可视为次波的振动中心、次波的包络面为传布波的波阵面(波前)。在整个18世纪中，光的微粒流理论和光的颠簸理论都被粗略地提了出来，但都不很齐全。
19世纪初，颠簸光学初步形成，其中托马斯·杨圆满地诠氏缢“薄膜色彩”和双狭缝乾涉景象。菲涅耳于1818年以杨氏乾涉道理补充了惠更斯道理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯-菲涅耳道理，用它可圆满地诠释光的过问和衍射景象，也能诠释光的直线传布。
在进一步的钻研中，观察到了光的偏振和偏振光的过问。为了诠释这些景象，菲涅耳假定光是一种在陆续媒质(以太)中传布的横波。为注明光在各分歧媒质中的分歧速度，又必须假定以太的个性在分歧的物质中是分歧的;在各向异性媒质中还必要有更复杂的如果。此表，还必须给以太以更特殊的性质能力诠释光不是纵波。如此性质的以太是不能思议的。
1846年，法拉第发现了光的振动面在磁场中产生旋转;1856年，韦伯发现光在真空中的速度蹬宗电流强度的电磁单元与静电单元的比值。他们的发现批注光学景象与磁学、电学景象间有肯定的内涵关系。
1860 年前后，麦克斯韦的指出，电场和磁场的扭转，不能局限于空间的某一部门，而是以蹬宗电流的电磁单元与静电单元的比值的速度传布着，光就是这样一种电磁景象。这个结论在1888年为赫兹的尝试证实。然而，这样的理论还不能注明能产生象光这样高的频率的电振子的性质，也不能诠释光的色散景象。到了1896年洛伦兹缔造电子论，才诠氏缢发光和物质吸收光的景象，也诠氏缢光在物质中传布的各类特点，蕴含对色散景象的诠释。在洛伦兹的理论中，以太乃是广袤无限的不动的媒质，其唯一特点是，在这种媒质中光振动拥有肯定的传布速度。
对于像炽热的黑体的辐射中能量按波长散布这样沉要的问题，洛伦兹理论还不能给出令人中意的诠释。并且，若是以为洛伦兹关于以太的概想是正确的话，则可将不动的以太选作参照系，使人们能区别出绝对活动。而事实上，1887年迈克耳逊用乾涉仪测-以太风-，得到否定的了局，这批注到了洛伦兹电子论时期，人们对光的性子的意识依然有不少单方面性。
1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不陆续性的概想，提出了辐射的量子论。他以为各类频率的电磁波，蕴含光，只能以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光的量子称为光子。
量子论不仅很天然地诠氏缢灼热体辐射能量按波长散布的法规，并且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。量子论不只给光学，也给整个物理学提供了新的概想，所以通常把它的诞生视为近代物理学的起点。
1905年，爱因斯坦使用量子论诠氏缢光电效应。他给光子作了极度明确的暗示，出格指出光与物质相互作用时，光也是以光子为最幼单元进行的。
1905 年9月，德国《物理学年鉴》颁发了爱因斯坦的"关于活动媒质的电动力学"一文。第一次提出了狭义相对论根基道理，文中指出，从伽利略和牛登时期以来占统治职位的古典物理学，其利用领域只限于速度远远幼于光速的情况，而他的新理论可诠释与很大活动速杜仔关的过程的特点，底子烧毁了以太的概想，圆满地诠氏缢活动物体的光学景象。
这样，在20世纪初，一方面从光的过问、衍射、偏振以及活动物体的光学景象确证了光是电磁波;而另一方面又从热辐射、光电效应、光压以及光的化学作用等无可疑惑地证了然光的量子性--微粒性。
1922 年发现的康普顿效应，1928年发现的喇曼效应，以及其时已能从尝试上获得的原子光谱的超精密结构，它们都批注光学的发展是与量子物理缜密有关的。光学的发展汗青批注，现代物理学中的两个最沉要的基础理论--量子力学和狭义相对论都是在关于光的钻研中诞生和发展的。
尔后，光学起头进入了一个新的时期，以至于成为现代物理学和现代科学技术前沿的沉要组成部门。其中最沉要的成就，就是发现了爱因斯坦于1916年预言过的原子和分子的受激辐射，并且创造了很多具体的产生受激辐射的技术。
爱因斯坦钻研辐射时指出，在肯定前提下，若是能使受激辐射持续去引发其他粒子，造成连锁反映，雪崩似地获得放大成效，最后就可得到单色性极强的辐射，即激光。1960年，西奥多--梅曼用红宝石造成第一台可见光的激光器;同年造成氦氖激光器;1962年产生了半导体激光器;1963年产生了可调谐染料激光器。由于激光拥有极好的单色性、高亮度和优良的方向性，所以自1958年发现以来，得到了迅速的发展和宽泛利用，引起了科学技术的沉大变动。
光学的另一个沉要的分支是由成像光学、全息术和光学信息处置组成的。这一分支最早可追忆到1873年阿贝提出的显微镜成像理论，和1906年波特为之实现的尝试验证;1935年泽尔尼克提出位相反衬观察法，并依此由蔡司工厂造成相衬显微镜，为此他获得了1953年诺贝尔物理学奖;1948年伽柏提出的现代全息拍照术的前身--波阵面再现道理，为此，伽柏获得了1971年诺贝尔物理学奖。
自20世纪50年代以来，人们起头把数学、电子技术和通讯理论与光学结合起来，给光学引入了频谱、空间滤波、载波、线性变换及有关运算等概想，更新了经典成像光学，形成了所谓“博里叶光学”。再加上由于激光所提供的相乾光和由利思及阿帕特内克斯改进了的全息术，形成了一个新的学科领域---光学信息处置。光纤通讯就是凭据这方面理论的沉要成就，它为信息传输和处置提供了崭新的技术。
在现代光学自身，由强激光产生的非线性光学景象正为越来越多的人们所把稳。激光光谱学，蕴含激光喇曼光谱学、高分辨率光谱和皮秒超短脉冲，以及可调谐激光技术的出现，已使传统的光谱学产生了很大的变动，成为深刻钻研物质微观结构、活动法规及能量转换机造的沉要伎俩。它为凝聚态物理学、分子生物学和化学的动态过程的钻研提供了前所未有的技术。
光学的分类解析
1高档物理光学分类：
(1)几何光学
(2)物理光学
(3)量子光学
2初等物理分类：
(1)初中阶段：几何光学
(2)高中阶段：几何光学、物理光学
(3)注明：通常生涯中提高的光学就是高中阶段的分类尺度。
光学的钻研内容
我们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。
几何光学是从几个由尝试得来的根基道理启程，来钻研光的传布问题的学科。它利用光线的概想、折射、反射定律来描述光在各类媒质中传布的蹊径，它得出的了局通常总是颠簸光学在某些前提下的近似或极限。
物理光学是从光的颠簸性启程来钻研光在传布过程中所产生的景象的学科，所以也称为颠簸光学。它能够比力方便的钻研光的过问、光的衍射、光的偏振，以及光在各向异性的媒质中传插时所阐发出的景象。
颠簸光学的基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。颠簸光学不详论介电常数和磁导率与物质结构的关系，而侧沉于诠释光波的阐发法规。颠簸光学能够诠释光在散射媒质和各向异性媒质中传布时景象，以及光在媒质界面左近的阐发;也能诠释色散景象和各类媒质中压力、温度、声场、电场和磁场对光的景象的影响。
量子光学 英文名称：quantum optics
量子光学是以辐射的量子理论钻研光的产生、传输、检测及光与物质相互作用的学科。1900年普朗克在钻研黑体辐射时，为了从理论上推导出得到的与现实相符甚好的经验公式，他斗胆地提出了与经典概想迥然分歧的如果，即“组成黑体的振子的能量不能陆续变动，只能取一份份的分立值”。
1905年，爱因斯坦在钻研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想。他以为光能并不像电磁波理论所描述的那样散布在波阵面上，而是集中在所谓光子的微粒上。在光电效应中，当光子照射到金属表表时，一次为金属中的电子全数吸收，而无需电磁理论所预计的那种累积能量的功夫，电子把这能量的一部门用于克服金属表表对它的吸力即作逸出功，余下的就造成电子脱离金属表表后的动能。
这种从光子的性质启程，来钻研光与物质相互作用的学科即为量子光学。它的基础重要是量子力学和量子电动力学。
光的这种既阐发出颠簸性又拥有粒子性的景象既为光的波粒二象性。后来的钻研从理论和尝试上无可辩论地证了然：非但光有这种两沉性，世界的所有物质，蕴含电子、质子、中子和原子以及所有的宏观事物，也都有与其自身质量和速度相联系的颠簸的个性。
利用光学 光学是由很多与物理学缜密联系的分支学科组成;由于它有宽泛的利用，所以还有一系列利用布景较强的分支学科也属于光学领域。例如，有关电磁辐射的物理量的丈量的光度学、辐射度学;以正常均匀人眼为接管器，来钻研电磁辐射所引起的彩色视觉，及其生理物理量的丈量的色度学;以及多多的技术光学：光学系统设计及光学仪器理论，光学造作和光学测试，过问量度学、薄膜光学、纤维光学和集成光学等;还有与其他学科交叉的分支，如天文光学、海洋光学、遥感光学、大气光学、生理光学及刀兵光学等。