19世紀(jì)末，經(jīng)典物理的大廈已經(jīng)建成。湯姆遜在新年祝詞中講到，經(jīng)典物理中只剩下“兩朵黑云”，其中一朵與光學(xué)緊密相關(guān)，即波動理論的困惑。用波動理論計算黑體輻射會無限大的增強—瑞利金斯曲線，與實際測量不符，即紫外災(zāi)難。為了解釋這個難題，數(shù)學(xué)家普朗克從物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)中借用不連續(xù)的概念，提出了量子論。他認(rèn)為光的能量是一份一份的，并不是連續(xù)的，這可以很好地解釋紫外災(zāi)難。

阿爾伯特·愛因斯坦

愛因斯坦提出光量子學(xué)說，用光電效應(yīng)證明了光的粒子性，并獲得諾貝爾物理學(xué)獎。這標(biāo)志著光科學(xué)的研究進(jìn)入了量子光學(xué)時期。而另一個促進(jìn)量子力學(xué)誕生的重要研究是對“太陽黑線”的研究。應(yīng)用光譜儀測量陽光照射的譜線中總是有幾條穩(wěn)定存在的譜線，起初人們無法判定黑色譜線的來源，后確定為太陽光到達(dá)地球的過程中吸收了大氣中的某些元素，于是在太陽光譜中就沒有這些頻率的光波，形成了暗線。但吸收線為單線，為了解釋此現(xiàn)象，波爾提出了原子構(gòu)造學(xué)說，認(rèn)為原子由原子核和核外電子組成，電子存在不同的能級，吸收光子后電子從下能級躍遷至上能級將光子能量吸收，由此提出了原子結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)性，解釋了太陽黑線現(xiàn)象，量子力學(xué)由此誕生。我們可以看到，光學(xué)在量子力學(xué)的建立過程中做出了重要的貢獻(xiàn)。光子概念的提出、光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)、紫外災(zāi)難的解釋、光譜暗線的解釋，以及能級的概念提出等，這些研究奠定了當(dāng)代量子物理學(xué)的框架，而量子物理學(xué)的發(fā)展又促進(jìn)了光學(xué)的巨大發(fā)展。

三、現(xiàn)代光學(xué)時期

現(xiàn)代光學(xué)是基于激光的發(fā)展而建立起來的。激光的發(fā)明是光學(xué)發(fā)展史上的一個革命性的里程碑。

紅寶石激光器的誕生使人類第一次得到自然界中不存在的光源——激光。由于激光具有強度大、單色性好、方向性強等一系列獨特的性能，很快被運用到材料加工、精密測量、通訊、測距、全息檢測、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等極為廣泛的領(lǐng)域�，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，又使激光進(jìn)入了超快超強領(lǐng)域。激光器可以產(chǎn)生4fs(1fs=10-15s)的超短脈沖，如此短的時間標(biāo)尺可以度量飛秒量級的物理變化。物質(zhì)穩(wěn)定存在是因為原子核有足夠的束縛力將電子禁錮，以氫核對電子的作用為例，作用力大概為1016 W/cm2。現(xiàn)在激光器產(chǎn)生激光的強度可以達(dá)到1021-22 W/cm2，那么激光場強對于原子的作用力就不再是微擾量級，很容易將電子與原子核撕裂，可以探索亞原子量級的微觀結(jié)構(gòu)。