光学的发展与应用

光学的发展与应用

【前言】光学工程是一门历史悠久而又年轻的学科。它的发展表征着人类文明的进程。它的理论基础——光学，作为物理学的主干学科经历了漫长而曲折的发展道路。在早期，主要是基于几何光学和波动光学拓宽人的视觉能力，建立了以望远镜、显微镜、照相机、光谱仪和干涉仪等为典型产品的光学仪器工业。它包含了许多重要的新兴学科分支，如激光技术、光通信、光电显示、光电子和光子技术等。这些分支不仅使光学工程产生了质上的跃变，而且推动建立了一个规模迅速扩大的前所未有的现代光学产业和光电子产业。

关键字：工程光学，应用，发展，仪器，技术

一、工程光学的发展

1.几何光学时期这一时期可以称为光学发展史上的转折点。在

这个时期建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础。同时为了提高人眼的观察能能力，人们发明了光学仪仪器，第一架望远镜的诞生促进了天文学和航海事业的发展，显微镜的发明给生物学的研究提供了强有力的工具。

2.波动光学时期 19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯·杨

圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。菲涅耳于1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们

所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和

衍射现象，也能解释光的直线传播。

3.量子光学时期 19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光

的发生、光和物质相互作用的围观机制中。光的电磁理论主要

困难是不能解释光和物质相互作用的某些现象，例如，1887

年赫兹发现的光电效应。

4.现代光学时期从20世纪中叶起，随着新技术的出现，新的理

论也不断发展，已逐步形成了许多新的分支学科或边渊学科。

几何光学本来就是为设计各种光学仪器而发展起来的专门学

科，随着科学技术的进步，物理光学也越来越显示出它的威力，

光谱在人类认识物质的微观结构(如原子结构、分子结构等)

方面曾起了关键性的作用，人们把数学、信息论与光的衍射结

合起来，发展起一门新的学科——傅里叶光学，把它应用到信

息处理、像质评价、光学计算等技术中去。

二、工程光学的应用

1.平板显示技术与器件平板显示是采用平板显示器件辅以

逻辑电路来实现显示的。由于其电压低、重量轻、体积小、显示

质量优异，无论在民用领域还是在军用领域都将获得广泛应用。

该方向主要从事发光与信息显示前沿科学问题。既包括发光显示

材料，又包括诸多显示器件等方面的研究。

2.光电检测技术主要研究先进制造技术、轨道交通等工程领域内各种几何及物理量的光电检测机理、方法、技术与实现途径，并采用各种信息与信号处理方法与技术来获得各种评价参数，最终实现对重要零部件与设备关键参数及缺陷的实时检测与故障

诊断，确保其运行安全。

3.全光信号处理及网络应用技术主要研究光通信网络、光纤传感及生物医学光子学领域的前沿课题——光分组交换全光网的

网络技术及支撑光分组交换的全光信号处理技术，如光弹性分组环光纤通信网、全光缓存技术、光开关、光逻辑、光信头识别、分布式光纤传感系统、光纤性能在线检测、光纤技术在生物医学光子学中的应用等。

4.光电传感技术光电传感技术是采用光电元件的传感器，具有反应快，精度高，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制领域中的应用非常广泛。如下图所示为一个简单光控测温应用。应用时，将温头插入被测温环境中，外部法兰安装密封。传感器输出端与二次仪表输入端辐射至光电转换接收器，转换成毫伏电压信号。感湿管一般经过特殊处理的高潮玉管或特殊材质管。光电转换器由光学透镜，光栏，硅光电池，温度稳定网网络组成。高压密封，防止感文管透气或断裂产生高压泄露，不影响辐射光传输，所以传感器在现场工作时，可以拆卸光电转换器通过高压密封器

观察感温管状况或检修光电转换器，信号传输导线为双芯屏蔽铜电缆，将传感器输出端按正负端与仪表信号输入端相连接，接地端与地线相接，仪表上电即可实现测温。

参考文献：

【1】郁道银，谈恒英，工程光学，机械工业出版社

【2】唐守峰，童敏，检测技术与转换技术，中国矿业大学出版社lusunnycn@