光的发展线浅谈
1主要写光在历史上的发展
折射反射理论-牛顿的光的微粒说-惠更斯的光的波动说-杨氏双缝干涉-光的电磁理论等等
2现代光学的发展方向
先从最基本的折射和反射定律讲起。17世纪上半叶，Willebrord Snell和Rene Descartes将光的反射和折射现象归结为现在大家所惯用的折射定律和反射定律。
折射定律(the law of refraction/ Snell’s law)：
1折射光线位于入射光线和界面发现所决定的平面内；
2折射线与入射线分别位于法线两侧；
3入射角i的正弦和折射角i’的正弦，对折射率一定的两种媒质来说常数
反射定律：
1入射线和反射线在同一平面
2入射线与反射线分居法线两侧
3入射角等于反射角
到了牛顿时代，1665年左右，牛顿发现了“牛顿环”。
“牛顿环”现象：
把一个曲率半径很大的凸透镜放在光学平板上，当用白光照射时，可见透镜与平板接触处出现一组彩色的同心环条纹，这个就是牛顿环，如图1所示。
图1
图2
牛顿环的应用主要是用来侧厚度，如图2所示为牛顿环的原理——光的干涉，厚度
。
然后就是牛顿的光的微粒学说啦。根据光的直线传播性，牛顿认为光是一种微粒流，微粒从光源中飞出来，在均匀介质内遵循力学定律做匀速直线运动。而且，牛顿通过类比弹性小球碰撞平面发生的反弹现象解释光的反射定律，当光从空气进入透明介质时，由于介质对微粒的吸引使光的速度发生改变， 造成了光的折射现象。
其实牛顿用微粒说解释光的折射要成立的话必须假设在介质里的光速大于在真空中速度，由于当时实验条件限制并不能测出光速，而且由于牛顿的威名，所以大家都没有发出质疑。
除了惠更斯。惠更斯认为光具有波动性。他从光与声的某些类似性出发，认为光是在“以太”介质中传播的球面纵波，“以太”是一种假想的弹性介质，充满整个宇宙空间。利用光的波动性，惠更斯成功推导出了折射和反射定律。
惠更斯原理：
球面波上的每一个点，都可以看做是一个次级球面波的子波源，子波的速度和频率等于次级波速度和频率，此后每一时刻形成的包络面就是该时刻新的波面。
图3 惠更斯原理示意图
托马斯·杨用光的波动说圆满解释了薄膜颜色和光的双缝干涉现象。
杨氏双缝干涉：
图4 杨氏双缝干涉示意图
、的距离为d, AO的距离为x,双缝面到干涉面距离为D，所以得到光束到达A点的光程差为
，因为
，所以光程差可取
（具体可根据泰勒展开式取两项得到）。
基本上把这个表达式写出来的话就可以延伸许多物理量以及应用。比如条纹间距（测距），空间频率等等。
菲涅尔以杨氏双缝干涉补充了惠更斯原理，假设光是相干的，所以波面外的任一点的光源是波动面上所有子波的相干叠加的结果。从而形成了惠更斯-菲涅尔原理。
惠更斯-菲涅尔原理（Huygens and Fresnel Principle）：
图5 惠更斯-菲涅尔原理示意图
点光源S在波面上的任一点Q的复振幅为
在Q点出取一个面元dσ，按照Fresnel的假设，该面元发出的光波在P点的复振幅为
θ为面元法线与面元发出在P点的光波的传播方向的夹角（衍射角），K(θ)为倾斜因子，表示面元发出的在P点的光波的复振幅岁衍射角的变化。
积分求和得到
（这就是Huygens and Fresnel Principle的数学表达式）
麦克斯韦提出光是电磁波，光是波，而且光具有电磁波的速度，所以麦克斯韦就提出光是电磁波，赫兹通过实验证明了电磁波的存在，而且测得了电磁波的速度，证明了电磁波可以折射、反射、偏振，所以证明了光就是电磁波。
普朗克从物质的分子结构理论借用了不连续的概念，提出的辐射量子论，量子论很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的方式提出了光与物质作用的整个问题。
普朗克量子论：
关于辐射能，普朗克假定振动系统的总能量不能连续改变，而是以不连续的能量子形式从一个值跳到另一个值，也就是说辐射能只能以能量最小单位的整数倍形式辐射出来。普朗克把这个最小能量成为h,也就是现在物理上所称的普朗克常数。能量，h=6.626e-34 J·s。
爱因斯坦运用量子论解释了光电效应，他给光子作了十分明确的界定，特别之处光与物质作用时，光是以光子为最小单位进行的。
所以到这里，也就是20世纪初，光学在理论上发展就是从反射、折射定律，再到光的波粒二象性，一方面，光的干涉、衍射、偏振等说明了光的波动性，另一方面，光电效应说明了光的粒子性。
此后光学进入一个新的时期（走出理论的殿堂，进入实际应用）
首先创造了许多受激辐射技术，且于1960年梅曼制成世界上第一台激光器——红宝石激光器，随后氦氖激光器、半导体激光器先后产生，激光技术得到了迅速发展和应用，同时也引起了科学技术的重大革命。
1966年，华裔高琨第一次提出用光纤作为载体进行信号传输，拉开了光纤通信的大幕，他也被称为“现代光纤之父”。
光学的另一条发展线分支是有成像光学、全息术和光学信息处理技术组成的。
最早追溯到阿贝的二次成像理论。
阿贝二次成像理论：
相干照明下透镜成像分为两步：首先，物光波发出的光波经过透镜在其后焦面上产生夫琅禾费衍射图样，得到第一个衍射像，然后该衍射像作为新的相干波源，由其发出的次波在相面上干涉形成物体的像，称为第二个衍射像。
图6 阿贝二次成像原理示意图
1906年波特验证了阿贝成像理论。
波特实验：
如图7所示，用一束平行相干光束照射一张细丝网格（相当于一个二维光栅），在成像透镜的后焦面上出现周期性的傅里叶频谱，由于这些频谱分量再组合，从而在像平面上再现网格的像。若把各种遮挡物（如光圈、小光屏，这些都是滤波器）放置频谱面上，发现像平面得到不同的像。由此证明了阿贝的二次成像理论。
图7 阿贝-波特实验
1934年泽尔尼克提出位相反衬观察法，并以此蔡司公司制成相衬显微镜，泽尔尼克本人于1953年获得诺贝尔物理学奖。
相衬显微镜原理：
利用相位滤波器将物体的相位变化转换成可以观察到的光的强弱变化（也叫幅相变换）。
假设透明相位物体的复振幅透过率为t(x,y)=exp[iψ(x,y)]
假设，则上述可写为t(x,y)=1+iψ(x,y)
对于普通显微镜，其强度可写成
可见普通显微镜并不能观察到透明相位物体。如果在频谱面上放置一个相位滤波器，使零频的相位相对于其他频率的相位改变
，则滤波函数为
滤波后的频谱为
像面的复振幅分布为
像强度分为
可见，像强度与位移成线性关系，取正号时，相位大的地方光强也大，取负号时，相位大的地方光强弱，叫做负相衬。
1948年盖博提出了现代光学全息照相术的前身——波前再现原理，为此获得1971年诺贝尔物理学奖。
波前再现原理：
设物光波复振幅为
参考光波复振幅为
则被记录的光强为
可知这个式子的第四项包含了物光波的相位和振幅信息。用干板记录该光强得到一幅全息图，全息图的复振幅正比于I，所以直接用I。
用一束相干光照射全息图，其在全息图上的复振幅分布为
，所以透过全息图的光场为
最后的式子的前两项表示再现光波的直接透射波，第三项表示物光波的共轭波，而第四项，表示物光波。
从1948年盖博提出全息照相的思想开始一直到50年代末期，全息照相都是采用汞灯作为光源，而且是所谓的同轴全息图，它的物光波和共轭光波一直分不开，这是第一代全息图，是全息术的萌芽时期。随着60年代激光器的出现，提供了一种高相干的光源，1962年利思(Leith)等人将通信理论中的载频概念推广到空域中，提出了离轴全息术，使得全息图产生的三个在空间中互相分离的衍射分量，其中一个复制出原始物光。这是第二代全息图。第三代全息图是可以利用白光再现，在一定条件下赋予全息图以鲜艳的色彩。第四代全息图可能是白光记录，白光再现，它将使全息术最终走出实验室，进入广泛的实用领域，目前已取得进展。除了光学干涉记录全息图，还可用计算机等画出全息图，称为计算全息图。
20世界90年代末，光电子技术的发展带来了信息技术的告诉发展，以光通信技术为代表的信息技术产品称为当时推动社会经济发展的重要引擎产业。数码影像技术的的发展，带动了基于光学与光电技术的新型存储、复印、传真、扫描、数码影像技术与产品的告诉发展，认了进入了数码时代，从此人类生活与光学及光电子技术更紧密联系，光学走出了学术理论殿堂，与百姓生活产生了密切联系。
21世纪人类进入信息时代，光纤通信技术成为现代通信的基础设施。
所以现代光学的最前沿在哪里呢？我觉得弦理论不可能一时半会被证实，所以光也暂时不会有跨时代的理论出现，所以现代光学的最前沿主要是在已有理论和技术的基础上，不断改进技术，给人类生活提供更好的便利。现代光学的几个方向有量子光学（光学计算机，光网络，光通信）、高能光学（高能激光器，激光武器）、探测光学（光电测控，光学制导）、.瞬态光学（光子学，超快过程，超快诊断）、医学光学（光学成像，光学影响）、生物光学（生命光学）、材料光学（光谱学，晶体光学，光学材料制备，光学自由曲面）等。
总之，光学博大精深，有着无限魅力。