什麽是光？
我們壹直在爭論“光”是屬於波還是屬於粒子，就連以經典力學聞名的牛頓也討論過這個問題。此後物理學發展到量子論(1900)和量子力學，隨後愛因斯坦在1904年發表了相位理論，對光的定義給出了新的解釋:光既是波又是粒子。換句話說，壹直爭論不休的雙方都沒有錯。
光是壹種電磁波，是能量的壹種表現形式。它在真空中以每秒30萬公裏的速度傳播，沒有任何東西能比光傳播得更快——有人說不能說絕對。在黑白攝影中，我們通常使用紅色或綠色濾鏡。其原理是利用濾光片吸收與自身顏色不同的光線，將吸收的光能轉化為熱能釋放出來。就是因為這個原因，妳在使用的時候經常會覺得濾網在發熱。對於電磁波，人眼能識別的稱為可見光，也就是我們通常所說的“光”。光本身是看不見的，我們只有看著光源，依靠反光板才能感受到。有些昆蟲用紫外線識別物體，蝰蛇用紅外線識別物體，而狗、牛、貓、馬不能識別顏色。
燈的類型
光源可以分為三種類型。
首先是熱效應產生的光。陽光就是壹個很好的例子。除此之外，蠟燭和其他物品也壹樣。這種光會隨著溫度的變化而變色。
二是原子發光。塗在熒光燈管內壁的熒光物質被電磁波能量激發產生光，霓虹燈的原理也是壹樣的。原子發光有自己的基本色，我們在拍攝色彩時需要做相應的修正。
第三種是同步加速器發光，同時攜帶強大的能量。這是原子爐發出的那種光，而我們在日常生活中幾乎接觸不到這種光，記住前兩種就夠了。
光的印象
光以直線傳播。當它碰到什麽東西時，就會反射。如果是透明物體，就會穿過。根據物質的密度，會有波折。這就是鏡頭的原理。此外，光線遇到半透明物質(如軟光板)仍會發生散射，即失去平行性，向任意方向散射。因此，光的強度在傳播過程中會降低。相反，如果光不被分割，它可以傳播很遠。我們知道激光有這樣的特性，我們身邊最常見的例子就是探照燈，後面會講到。具體拍攝時使用的有散光、直射光或兩者的混合光。知道這些區別，對拍壹張照片會有很大的幫助。
直射光和反射光
散光是指散射光。想想午後透過窗簾灑在室內的陽光，妳就會有壹個大概的印象。像散可以分為兩種，壹種是透射光形成的，壹種是反射光形成的(實際拍攝中我們用柔光板來得到像散，反射光是反射鏡反射的)。
如果讓太陽光穿過柔光板，光線會被柔光紙散射到四周。此時，附近被攝主體暗部的光線加強，而高處的光線減弱，拍出來的照片會顯得很柔和。這時候的主要光源就是柔光板——準確的說應該是柔光板被陽光照射的部分。如果整個柔光板是壹個邊長為10米的正方形，被照亮的部分是壹個邊長為1米的正方形，那麽主光源的大小應該在邊長為1米的範圍內。
當模特靠近柔光板時，主光源變大，散光效果會比之前更亮。另外，用白紙和白布的效果是壹樣的。散光是壹種擾亂光線平行度的方式，所以在散光環境下很難有明顯的陰影部分，陰影的輪廓會模糊甚至看不見。然而，直射光通常用於獲得清晰的陰影邊緣。
先說直射光。妳可以想象壹下太陽直射在壹個人臉上的情況。與周圍的反射光相比，此時的陽光非常強烈，明暗差別相當大，給人以清晰對比的印象。我們從復數的物體陰影開始，畫壹條直線到引起陰影的物體的相對點。直線延長後會相交於壹處，光源存在於交點處。交點的數量和光源的數量應該相等。太陽和月亮的光是平行的(我們很難用物理手段證明不是平行的)，所以不會有交集。這個現象可以用幾何學來證明。
對比
對比度是指明暗的差別，簡單來說就是高光和陰影的光量差別。我們說對比度強，是指高光和陰影的進光量相差很大；小對比正好相反。
所以我們可以知道，有散光拍出來的照片，在其他條件相同的情況下，對比度應該是比較低的——給人的感覺是光線非常平滑柔和，襯托出奢華的氛圍。但是，由於缺乏對比度，這種照片可能會顯得不夠清晰。另壹方面，明度差小的好處是有助於彩色膠片再現各種色彩。
與散光相反，在直射光下拍攝的圖像給人以鮮明的感覺，如果明暗比例適中，還能起到強調被攝主體立體感的作用。同時，照片中圖像的邊緣看起來更加清晰。這種光線很難正確的表現出被攝物體的顏色。
散光更適合日式繪畫，尤其是強調細微色差、情緒化、主觀性的繪畫。直射光適合西洋畫，或者想給人客觀印象的時候。印刷中，直射光適合黑白，散光適合彩色。以後我們還會繼續推出。
望遠鏡頭和散光的組合更適合日式繪畫和裝飾性拍攝；直射光和望遠鏡頭的組合適合拍攝強力影像，比如運動場景。廣角鏡頭和直射光的結合非常客觀，給人西方的印象；散光和廣角鏡頭的組合在中間，最難控制。東方繪畫技法中沒有光影的概念。
有時候遇到物理名詞，可以查《現代漢語詞典》。如果妳完全不了解它們，可以先看看字面解釋。(見修訂版第468頁)
光:通常指照射在物體上，使人能看見物體的物質，如陽光、燈光、月光等。可見光是波長為0.77-0.39微米的電磁波。此外，還包括不可見的紅外光和紫外光。因為光是電磁波的壹種，所以也叫光波。壹般來說，光是直線傳播的，所以也叫光。
光的知識
從狹義上講，光學是壹門關於光和視覺的科學。在早期，光學壹詞僅用於與眼睛和視力相關的事物。今天，光學是廣義的，它研究從微波、紅外、可見光、紫外到X射線等廣泛波長範圍內電磁輻射的產生、傳播、接收和顯示以及與物質的相互作用。
光學發展簡史
光學是壹門歷史悠久的學科，可以追溯到2000多年前。
起初，人類主要試圖回答“人怎樣才能看到周圍的物體”這個問題。像這樣的問題。大約公元前400年(先秦)，中國在莫箐記錄了世界上最早的光學知識。它有八個光學記錄，用嚴謹的文字描述了陰影的定義和產生，光的線性傳播和針孔成像，討論了平面鏡、凹球面鏡和凸球面鏡中的物像關系。
自墨經，11世紀的阿拉伯人伊本？赫塞爾姆發明了鏡頭；從1590年到17世紀初，詹森和利普斯基同時獨立發明了顯微鏡；直到17世紀上半葉，斯奈爾和笛卡爾才把光的反射和折射的觀測結果歸結為今天普遍使用的反射定律和折射定律。
1665年，牛頓用太陽光做實驗，把太陽光分解成簡單的成分，這些成分形成顏色按壹定順序排列的光分布——光譜。它使人們第壹次接觸到了光的客觀定量特性，單色光的空間分離是由光的性質決定的。
牛頓還發現，將曲率半徑較大的凸透鏡放在光學平板玻璃上，用白光照射時，透鏡與玻璃板的接觸處出現壹組彩色同心環形條紋；當用壹種單色光照射時，出現壹組明暗交替的同心環形條紋，被後人稱為牛頓環。有了這個現象，相應的單色光就可以用第壹個暗環的氣隙厚度來定量表征了。
牛頓發現這些重要現象時，根據光的線性傳播，認為光是粒子流。粒子從光源中飛出，根據力學定律在均勻介質中勻速直線運動。牛頓用這個觀點來解釋折射和反射現象。
惠更斯是光的粒子理論的反對者，他創立了光的波動理論。提出“光和同時光壹樣，是通過球面波面傳播的”。還指出，光振動所到達的每壹點都可以看作二次波的振動中心，二次波的包絡面就是傳播波的波前(波前)。在整個18世紀，光的粒子流理論和光的波動理論已經大致提出，但都不是很完整。
19世紀初，波動光學初步形成，其中托馬斯？楊滿意地解釋了“膜色”和雙縫幹涉現象。菲涅爾在1818用楊氏幹涉原理補充了惠更斯原理，從而形成了今天廣為人知的惠更斯-菲涅爾原理。它可以用來滿意地解釋光的幹涉和衍射以及光的直線傳播。
在進壹步的研究中，觀察了光的偏振和偏振光的幹涉。為了解釋這些現象，菲涅耳假設光是在連續介質(以太)中傳播的橫波。為了解釋不同介質中光速的不同，必須假設不同物質中以太的特性不同；在各向異性介質中需要更復雜的假設。此外，還必須賦予它更多的特殊性質來解釋光不是縱波。這種性質的以太是不可想象的。
1846年，法拉第發現光的振動平面在磁場中旋轉；1856年，韋伯發現真空中的光速等於電流強度的電磁單位與靜電單位之比。他們的發現表明，光學現象和磁、電現象之間存在壹定的內在聯系。
1860左右，麥克斯韋指出電場和磁場的變化不能局限在空間的某壹部分，而是以等於電流的電磁單位與靜電單位之比的速度傳播，光就是這樣壹種電磁現象。這個結論在1888中被赫茲實驗證實了。
但是這個理論無法解釋能產生光這麽高頻率的電振子的本質，也無法解釋光的色散現象。直到1896年洛倫茲創立了電子理論，才解釋了物質對光的發光和吸收現象，以及光在物質中傳播的各種特性，包括對色散的解釋。在洛倫茲的理論中，以太是壹種無限的、不可移動的介質，它唯壹的特點就是光的振動在這種介質中有壹定的傳播速度。
對於熱黑體輻射中能量按波長分布這樣壹個重要問題，洛倫茲理論不能給出滿意的解釋。而且，如果洛倫茲的以太概念是正確的，可以選擇固定的以太作為參照系，這樣人們就可以區分絕對運動。其實在1887年，邁克爾遜用幹涉儀測量了“以太風”，得到了否定的結果，這說明在洛倫茲電子理論時期，人們對光的本質還有很多片面的認識。
1900年，普朗克從物質的分子結構理論中借用了不連續性的概念，提出了輻射的量子理論。他認為，包括光在內的各種頻率的電磁波，只能以其自身確定成分的能量從振子中發射出來。這種能量粒子叫做量子，光的量子叫做光子。
量子理論不僅自然地解釋了輻射能按波長分布的規律，而且以全新的方式提出了光與物質相互作用的整個問題。量子理論不僅給光學，而且給整個物理學提供了壹個新概念，所以它的誕生通常被視為現代物理學的起點。
1905年，愛因斯坦用量子理論解釋了光電效應。他對光子做了非常明確的表述，特別指出光與物質相互作用時，光也以光子為最小單位。
1905年9月，德國物理學年鑒發表了愛因斯坦的文章《運動介質的電動力學》。首次提出狹義相對論的基本原理。指出自伽利略和牛頓時代以來壹直占主導地位的經典物理學的應用範圍只限於速度遠小於光速的情況，而他的新理論可以解釋與大速度運動有關的過程的特征，完全放棄了以太的概念，滿意地解釋了運動物體的光學現象。
這樣，20世紀初，壹方面，光的幹涉、衍射和偏振以及運動物體的光學現象證實了光是電磁波；另壹方面，光的量子性——粒子性，從熱輻射、光電效應、光壓、光的化學作用等方面得到了毋庸置疑的證明。
1922年發現的康普頓效應，1928年發現的拉曼效應，以及當時實驗所能獲得的原子光譜的超精細結構，都說明光學的發展與量子物理有著密切的聯系。光學的發展史表明，現代物理學中最重要的兩個基礎理論——量子力學和狹義相對論，都是在對光的研究中誕生和發展的。
從此，光學進入了壹個新時期，使它成為現代物理學和現代科學技術前沿的重要組成部分。其中最重要的成就之壹是愛因斯坦在1916年預言的原子和分子受激輻射的發現，以及產生受激輻射的許多具體技術的創造。
愛因斯坦在研究輻射時指出，在壹定條件下，如果受激輻射能繼續激發其他粒子，引起連鎖反應，並能獲得雪崩般的放大效應，最終就能獲得單色性強的輻射，即激光。1960年，梅曼用紅寶石制成了第壹個可見光激光器；同年制造了氦氖激光器；1962年生產了半導體激光器；1963年生產了可調諧染料激光器。激光由於單色性好、亮度高、方向性好，自1958年發現以來，得到了迅速發展和廣泛應用，引起了科學技術的巨大變革。
光學的另壹個重要分支是成像光學、全息照相術和光學信息處理。這個分支可以追溯到阿貝在1873年提出的顯微成像理論和波特在1906年完成的實驗驗證。1935年，澤爾尼克提出了相襯觀察法，並由蔡司工廠制作了相襯顯微鏡，為此他獲得了1953年諾貝爾物理學獎。1948年，丹尼斯·伽柏提出了現代全息術的前身——波前重構原理，丹尼斯·伽柏為此獲得了1971諾貝爾物理學獎。
從20世紀50年代開始，人們開始將數學、電子技術和通信理論與光學相結合，將頻譜、空間濾波、載波、線性變換及相關運算等概念引入光學，更新了經典的成像光學，形成了所謂的“布裏淵光學”。加上激光提供的相幹光和Liz和Pattner改進的全息術，形成了壹個新的學科領域——光信息處理。光纖通信是基於這壹理論的重要成果，它為信息傳輸和處理提供了壹種全新的技術。
在現代光學中，強激光產生的非線性光學現象越來越受到人們的關註。激光光譜學，包括激光拉曼光譜、高分辨率光譜和皮秒超短脈沖，以及可調諧激光技術的出現，極大地改變了傳統光譜學，成為深入研究物質微觀結構、運動規律和能量轉換機制的重要手段。它為凝聚態物理、分子生物學和化學中的動力學過程研究提供了前所未有的技術。
光學的研究內容
我們通常把光學分為幾何光學、物理光學和量子光學。
幾何光學是從實驗得到的幾個基本原理來研究光的傳播的學科。它利用光的概念和折射反射定律來描述光在各種介質中的傳播方式，得到的結果通常是波動光學在壹定條件下的近似或極限。
物理光學是從光的波動來研究光在傳播過程中的現象的壹門學科，所以也叫波動光學。它可以方便地研究光的幹涉、衍射和偏振，以及光在各向異性介質中傳播的現象。
波動光學的基礎是經典電動力學的麥克斯韋方程組。波動光學不討論介電常數和磁導率與物質結構的關系，而是著重解釋光波的性能規律。波動光學可以解釋光在散射介質和各向異性介質中傳播的現象，以及光在介質界面附近的表現；還可以解釋色散現象以及各種介質中的壓力、溫度、聲場、電場、磁場對光的現象的影響。
量子光學
1900年，普朗克在研究黑體輻射時，大膽提出了“組成黑體的振子的能量不能連續變化，只能逐個取離散值”的假設，以便推導出與現實很符合的經驗公式。
1905年，愛因斯坦在研究光電效應時推廣了普朗克的量子理論，進而提出了光子的概念。他認為光能並不是像電磁波理論描述的那樣分布在波前上，而是集中在所謂的光子粒子上。在光電效應中，當光子照射到金屬表面時，金屬中的所有電子都被壹次性吸收，而不像電磁理論預測的那樣有積累能量的時間。電子利用這部分能量克服金屬表面的引力，即做功，剩下的成為電子離開金屬表面後的動能。
這門從光子的本質研究光與物質相互作用的學科，就是量子光學。它的基礎主要是量子力學和量子電動力學。
這種光的現象，既表現為漲落，又表現為粒子，都是光的波粒二象性。後來的研究在理論和實驗上無可辯駁地證明，不僅光具有這種二重性，世界上所有的物質，包括電子、質子、中子和原子，以及所有宏觀的事物，也都具有與自身質量和速度有關的漲落特性。
應用光學
光學是由許多與物理學密切相關的分支學科組成的；由於其廣泛的應用，有壹系列具有很強應用背景的分支也屬於光學領域。例如，與電磁輻射的物理量的測量相關的光度學和輻射度學；以正常的普通人眼為接收器，研究電磁輻射引起的色覺及其心理物理量測量的色度。以及很多技術光學:光學系統設計與光學儀器理論、光學制造與光學測試、幹涉測量、薄膜光學、光纖光學、集成光學；還有與其他學科交叉的分支，如天文光學、海洋光學、遙感光學、大氣光學、生理光學、武器光學等。