其后一直到1802年，渥拉斯顿观察到了光谱线，其后在1814年夫琅和费也独立地发现它。牛顿之所以没有能观察到光谱线，是因为他使太阳光通过了圆孔而不是通过狭缝。在1814～1815年之间，夫琅和费公布了太阳光谱中的许多条暗线，并以字母来命名，其中有些命名沿用至今。此后便把这些线称为夫琅和费暗线。基尔霍夫和本生使用过的光谱仪

实用光谱学是由基尔霍夫与本生在19世纪60年代发展起来的；他们证明光谱学可以用作定性化学分析的新方法，并利用这种方法发现了几种当时还未知的元素，并且证明了太阳里也存在着多种已知的元素。

从19世纪中叶起，氢原子光谱一直是光谱学研究的重要课题之一。在试图说明氢原子光谱的过程中，所得到的各项成就对量子力学法则的建立起了很大促进作用。这些法则不仅能够应用于氢原子，也能应用于其他原子、分子和凝聚态物质。

氢原子光谱中最强的一条谱线是1853年由瑞典物理学家埃斯特朗探测出来的。此后的20年，在星体的光谱中观测到了更多的氢原子谱线。1885年，从事天文测量的瑞士科学家巴耳末找到一个经验公式来说明已知的氢原子诺线的位置，此后便把这一组线称为巴耳末系。继巴耳末的成就之后，1889年，瑞典光谱学家里德伯发现了许多元素的线状光谱系，其中最为明显的为碱金属原子的光谱系，它们也都能满足一个简单的公式。

尽管氢原子光谱线的波长的表示式十分简单，不过当时对其起因却茫然不知。一直到1913年，玻尔才对它作出了明确的解释。但玻尔理论并不能解释所观测到的原子光谱的各种特征，即使对于氢原子光谱的进一步的解释也遇到了困难。

能够满意地解释光谱线的成因的是20世纪发展起来的量子力学。电子不仅具有轨道角动量，而且还具有自旋角动量。这两种角动量的结合便成功地解释了光谱线的分裂现象。

电子自旋的概念首先是在1925年由乌伦贝克和古兹密特作为假设而引入的，以便解释碱金属原子光谱的测量结果。在狄喇克的相对论性量子力学中，电子自旋(包括质子自旋与中子自旋)的概念有了牢固的理论基础，它成了基本方程的自然结果而不是作为一种特别的假设了。

1896年，塞曼把光源放在磁场中来观察磁场对光三重线，发现这些谱线都是偏振的。现在把这种现象称为塞曼效应。次年，洛伦兹对于这个效应作了满意的解释。

塞曼效应不仅在理论上具有重要意义，而且在应用中也是重要的。在复杂光谱的分类中，塞曼效应是一种很有用的方法，它有效地帮助了人们对于复杂光谱的理解。

光谱学的内容

根据研究光谱方法的不同，习惯上把光谱学区分为发射光谱学、吸收光谱学与散射光谱学。这些不同种类的光谱学，从不同方面提供物质微观结构知识及不同的化学分析方法。

发射光谱可以区分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱和连续光谱。线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。

现在观测到的原子发射的光谱线已有百万条了。每种原子都有其独特的光谱，犹如人的指纹一样是各不相同的。根据光谱学的理论，每种原子都有其自身的一系列分立的能态，每一能态都有一定的能量。

我们把氢原子光谱的最小能量定为最低能量，这个能态称为基态，相应的能级称为基能级。当原子以某种方法从基态被提升到较高的能态上时，原子的内部能量增加了，原子就会把这种多余的能量以光的形式发射出来，于是产生了原子的发射光谱，反之就产生吸收光谱。这种原子能态的变化不是连续的，而是量子性的，我们称之为原子能级之间的跃迁。

在分子的发射光谱中，研究的主要内容是二原子分子的发射光谱。在分子中，电子态的能量比振动态的能量大50～100倍，而振动态的能量比转动态的能量大50～100倍。因此在分子的电子态之间的跃迁中，总是伴随着振动跃迁和转动跃迁的，因而许多光谱线就密集在一起而形成带状光谱。

从发射光谱的研究中可以得到原子与分子的能级结构的知识，包括有关重要常数的测量。并且原子发射光谱广泛地应用于化学分析中。

当一束具有连续波长的光通过一种物质时，光束中的某些成分便会有所减弱，当经过物质而被吸收的光束由光谱仪展成光谱时，就得到该物质的吸收光谱。几乎所有物质都有其独特的吸收光谱。原子的吸收光谱所给出的有关能级结构的知识同发射光谱所给出的是互为补充的。

一般来说，吸收光谱学所研究的是物质吸收了那些波长的光，吸收的程度如何，为什么会有吸收等问题。研究的对象基本上为分子。

吸收光谱的光谱范围是很广阔的，大约从10纳米到1000微米。在200纳米到800纳米的光谱范围内，可以观测到固体、液体和溶液的吸收，这些吸收有的是连续的，称为一般吸收光谱；有的显示出一个或多个吸收带，称为选择吸收光谱。所有这些光谱都是由于分子的电子态的变化而产生的。

选择吸收光谱在有机化学中有广泛的应用，包括对化合物的鉴定、化学过程的控制、分子结构的确定、定性和定量化学分析等。

分子的红外吸收光谱一般是研究分子的振动光谱与转动光谱的，其中分子振动光谱一直是主要的研究课题。

分子振动光谱的研究表明，许多振动频率基本上是分子内部的某些很小的原子团的振动频率，并且这些频率就是这些原子团的特征，而不管分子的其余的成分如何。这很像可见光区域色基的吸收光谱，这一事实在分子红外吸收光谱的应用中是很重要的。多年来都用来研究多原子分子结构、分子的定量及定性分析等。

在散射光谱学中，喇曼光谱学是最为普遍的光谱学技术。当光通过物质时，除了光的透射和光的吸收外，还观测到光的散射。在散射光中除了包括原来的入射光的频率外(瑞利散射和廷德耳散射)，还包括一些新的频率。这种产生新频率的散射称为喇曼散射，其光谱称为喇曼光谱。

喇曼散射的强度是极小的，大约为瑞利散射的千分之一。喇曼频率及强度、偏振等标志着散射物质的性质。从这些资料可以导出物质结构及物质组成成分的知识。这就是喇曼光谱具有广泛应用的原因。

由于喇曼散射非常弱，所以一直到1928年才被印度物理学家喇曼等所发现。他们在用汞灯的单色光来照射某些液体时，在液体的散射光中观测到了频率低于入射光频率的新谱线。在喇曼等人宣布了他们的发现的几个月后，苏联物理学家兰茨见格等也独立地报道了晶体中的这种效应的存在。

喇曼效应起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此从喇曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。

喇曼散射强度是十分微弱的，在激光器出现之前，为了得到一幅完善的光谱，往往很费时间。自从激光器得到发展以后，利用激光器作为激发光源，喇曼光谱学技术发生了很大的变革。激光器输出的激光具有很好的单色性、方向性，且强度很大，因而它们成为获得喇曼光谱的近乎理想的光源，特别是连续波氩离子激光器与氨离子激光器。于是喇曼光谱学的研究又变得非常活跃了，其研究范围也有了很大的扩展。除扩大了所研究的物质的品种以外，在研究燃烧过程、探测环境污染、分析各种材料等方面喇曼光谱技术也已成为很有用的工具。

生理光学

生理光学是一门研究眼睛和视觉的科学，是生理学和光学相结合的一个边缘分支学科。它所涉及到的学科还有解剖学、生物化学、物理学和心理学。传统的生理光学研究内容包括眼屈光系统的几何光学、视觉系统的亮度感觉、空间和时间分辨特征、色觉及立体视觉等方面。其研究成果广泛用于医学眼科临床，光学工程技术等领域。

光线进入眼，通过眼内媒质折射，到在视网膜上成像的过程称为眼屈光。人们对于眼屈光系统的几何光学特性已经有了较充分的研究，相当精确地测定了角膜、房水、晶状体、玻璃体等透明媒质的光学参量，基于这些参量设计出的各种模型眼或简约眼，如左尔斯特兰模型眼，可以用来计算视网膜像的大小。

眼睛的聚焦能力主要来自角膜，但为了对不同距离的物体聚焦，眼睛经常需要改变其屈光力，这是靠晶状体的两表面，主要是改变前表面的曲率来实现的，这个过程称为调节。

当眼的调节放松时，如果眼轴的长度和屈光系统的屈光力能使眼的后焦点落在视网膜上的话，便为正视眼。若以米作为焦距单位，其倒数称为屈光度，这是表示屈光力的单位。同样在调节放松时，如果屈光系统的后焦点落在视网膜之后的称为远视眼，相反落在视网膜之前的称为近视眼。若包含视轴的各个切面的屈光状态不同，则称为散光。近视、远视和散光统称为屈光不正，一般可用配眼镜的方法加以矫正。

光线在眼内媒质各个折射率改变的界面上反射的结果，产生一系列反射像，称为浦尔金耶像。浦尔金耶像可用来定位眼睛的光轴，求知各折射面的曲率以及研究晶状体的调节过程。

眼内的虹膜像照相机的光圈一样，调节进入眼睛的光量。虹膜中央的小圆孔称为瞳孔。除了光量引起瞳孔大小变化，眼的调焦过程也会影响瞳孔的大小，当视距变近时，瞳孔会稍微缩小。最近的研究表明，对所见物的心理情绪反应，也能引起瞳孔的变化。

由三组眼外肌支配的眼球运动，除了用以改变视线外，还对于正常的视知觉起着重要的作用。眼球运动可以分为共扼运动、分离运动、稳态运动三大类：

共轭运动即双眼同时以相同方式运动，其中又可分为扫视运动和平稳追随运动，前者是从一个注视点移向另一个注视点时的双眼运动，后者则是当眼睛追踪一个运动物体时所发生的运动；

分离运动是指在交替注视较远或较近的物体时，使得两眼视轴的夹角发生相应的变化的运动；

稳态注视过程中的运动，包括震颤、微扫视及慢漂移。如果用某种特殊的光学系统使刺激像“稳定”在视网膜上完全不动时，则在几秒钟内，刺激像的轮廓和颜色便会消褪，所以这些微小的眼运动对于视知觉是至关紧要的。

光一旦落在视网膜上，便开始了视觉过程的新的一步。人眼的视网膜上有两种光感受器：视杆细胞和视锥细胞。在较暗的环境亮度下主要是杆细胞的活动，称暗视觉；在明亮的环境中则主要是视锥细胞的活动，称明视觉；在中等亮度范围，两种感光细胞均参与视觉称间视觉。这就是视觉的二元说。

当从亮处突然进入暗处时，视觉系统对光的敏感度是随时间逐渐升高的，这个过程称为暗适应。与暗适应相反的过程称为明适应。明适应的进程要快得多，通常在几秒内敏感度就逐渐恒定。光感受器对光的敏感性还与光线的入射方向有关。正入射时敏感性最高，随入射角增加迅速下降。这种方向敏感性叫斯泰耳斯-克劳福德效应。目前认为，视觉细胞内部的折射率比其周围稍高，因此它具有与光学纤维相似的光学性质，这种现象可用光波导理论加以解释。

视觉系统的空间分辨能力常用视敏度来表示，其定义为眼能够分辨的最小细节所对应的视角(以分为单位)的倒数。一般用兰多尔特环或斯内勒字符来检查人眼的视敏度。正常人眼的视敏度约对应视角1'～30"。从生理解剖角度，视敏度可以解释为是由视锥细胞在视网膜上的镶嵌排列的精细程度所决定；而从光学角度，则可以认为是受到眼光学系统的衍射极限的限制。研究结果表明两者都与以上实际值相符。

物体的颜色固然取决于照明光的光谱组分、材料对光的反射、透射或吸收特性，但对眼睛而言，它是一种感觉，即色觉。对于人眼主观感觉到的颜色，可以用色调、饱和度和亮度这三个基本属性来描述。色调就是颜色的名称，如红、绿、蓝、黄等等；饱和度是指一种颜色的有色和无色组分的相对量，即通常所指的颜色的深浅；亮度是指颜色的无色组分在灰度等级(介于黑白之间)上的相对位置，用来表示颜色是明亮的还是阴暗的。

色觉理论一直试图阐明眼睛是怎样利用光的能量来建立起一个彩色世界的。杨-亥姆霍兹的三色理论认为，视网膜中有三种光谱敏感峰分别在红、绿、蓝区域的感光细胞，这三种细胞发出信号，经过神经系统的分析处理，引起不同的颜色感觉。颜色的三变量性是这一理论的有力佐证，而近年来对于脊椎动物(包括人)视网膜的单个视锥细胞的吸收特性的研究，表明在感受细胞中确实存在三种光敏色素，也为这个理论提供了一定的生理基础。

赫林的拮抗色理论则认为颜色中有三对单一的感觉反应：红-绿、黄-蓝、黑-白。红-绿或黄-蓝对组合中，没有一种颜色能与补色在同一感受器中同时活动，但是黑-白对能发送组合信号，产生各种中间色调的灰色。这个理论与许多色觉经验相符合，特别对于负后像的解释简单而令人信服。

这两种色觉理论在历史上有过长期争论，现在可以这样认为：色觉过程至少是一个二级过程，在感受器那一级与杨-亥姆霍兹学说一致，而在视神经那一级又与赫林学说一致。

在色觉的心理学方面，颜色恒常性是一个最值得注意的现象。颜色的恒常性是指不管照明光的光谱组分如何变化，人们通常能像在白光下一样来分辨物体的颜色。对此目前还没有完满的解释。

立体视觉就是视觉系统对三维空间的知觉，也就是辨别物体的距离、物体间的前后位置、方向等的能力。在只有单眼信息的情况下，就视觉系统本身而言，造成立体视觉的线索主要是调节及单眼运动视差。调节是为了使观视的物体在视网膜上清晰地成像，因此必然带来关于物体距离的信息。

单眼运动视差主要是由观察者移动身体以使空间物体的相对位置发生变化，从而产生对物体间前后位置的判断。因为靠视网膜只能得到外部世界的二维图像，双眼视觉才是立体视觉的主要基础。

双眼视差信息是深度知觉最重要的线索，在一定范围内主观的深度知觉随视差量的增大而增强。由于几何的原因，视差随物体所处距离的增大而下降，因此对于远距离物体不可能有精确的深度知觉。
　

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