幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)定律的建立，為光學(xué)儀器的制作開(kāi)辟了廣闊的前景．由于生產(chǎn)和生活的需要，人們?cè)趯?shí)踐中逐步制作了各種各樣的光學(xué)元件和光學(xué)儀器．

       阿拉伯人阿爾·哈金（Al－h(huán)agen，965—1038年）首先發(fā)明了凸透鏡，1299年，阿瑪?shù)伲⊿alvino degli Ar－mati）發(fā)明了眼鏡．到16世紀(jì)初，凹面鏡、凸面鏡、眼鏡、透鏡等光學(xué)元件相繼出現(xiàn)，為光學(xué)儀器的問(wèn)世創(chuàng)造了條件．

1、世界上第一臺(tái)顯微鏡

　　自然界中一些偉大的發(fā)現(xiàn)，往往是由偶然事件開(kāi)始的，但只有碰上了有心人，才能成為偉大發(fā)明的開(kāi)端．

　　1590年，荷蘭的米德堡有一位名叫詹森的人，以磨眼鏡片為生，眼鏡片吸引著他的兩個(gè)兒子．一天，哥哥把兩塊眼鏡片裝在一根銅管的兩頭，拿著管子對(duì)準(zhǔn)一本書(shū)看去，書(shū)上的逗號(hào)竟然像蝌蚪一樣大，使他驚奇地叫了起來(lái)．弟弟忙接過(guò)管子，對(duì)著哥哥的眼睛看去，發(fā)現(xiàn)哥哥的眼睫毛竟粗得像一根木棍．于是，詹森用一根可以伸縮的管子，兩頭各放了一個(gè)凸透鏡，當(dāng)管子的長(zhǎng)短調(diào)節(jié)得合適的時(shí)候，用它可以看清很小的物體．在1590年他做出了世界上第一臺(tái)顯微鏡．

（1）．現(xiàn)代顯微鏡的工作原理

　　顯微鏡是用來(lái)觀察近距離微小物體的，它是按觀察細(xì)小物體的不同需要，通過(guò)嚴(yán)格的光學(xué)設(shè)計(jì)制造出來(lái)的．顯微鏡由物鏡、目鏡兩部分組成．物體AB首先通過(guò)顯微物鏡L1成一倒立放大的實(shí)像 A′B′（位于目鏡 L2的第一焦點(diǎn) F2附近），再經(jīng)過(guò)目鏡成一放大的虛像A〃B〃，虛像A〃B〃又成為人眼這一光學(xué)系統(tǒng)的物，成像于視網(wǎng)膜上．A〃B〃就是眼睛通過(guò)顯微鏡對(duì)物AB獲得的像．

　　顯微鏡的視放大率T定義為：同一物體用儀器觀察的視角ω儀和把物體放在明視距離250mm處直接觀察時(shí)的視角ω眼二者正切之比，

（2）．顯微鏡可看作是一個(gè)組合放大鏡

　　在近代的高級(jí)顯微鏡里，往往有幾個(gè)倍率不同的物鏡，可以替換使用．實(shí)驗(yàn)室中廣泛使用一種測(cè)量微小距離用的顯微鏡，其目鏡中裝有標(biāo)尺或叉絲．在工作距離較大時(shí)，所用顯微鏡物鏡的焦距較長(zhǎng)，它的作用主要是將物體成像于目鏡物方焦平面附近，放大作用基本靠目鏡，目鏡相當(dāng)于一個(gè)放大鏡．

2、世界上第一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡

　　17世紀(jì)初，意大利人伽利略（Galileo Galilei，1564—1642年）受到顯微鏡制作的啟發(fā)，他想，既然小的物體可以放大，能否把遠(yuǎn)的物體移近呢？開(kāi)始，他只是照樣子仿制，未能成功．之后，他改用一凸一凹的玻璃片，經(jīng)不斷修改、裝配，終于在1609年制成世界上第一架望遠(yuǎn)鏡．他用一根細(xì)管，兩頭安上一凸一凹的鏡片，眼睛貼近凹鏡望遠(yuǎn)處物體時(shí)，物體移近了許多，并且比直接用眼睛看時(shí)變大了．按他的計(jì)算，這支管子能將物體放大8倍．為了觀察天上的星星，他把望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)提高到32倍．他和他的望遠(yuǎn)鏡完成了天文學(xué)上的第一次革命，用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了哥白尼日心說(shuō)的正確性．他的望遠(yuǎn)鏡被稱(chēng)作伽利略望遠(yuǎn)鏡．

        兩年以后，德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒（J· Kepler，1571—1630年）為了得出行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，不斷地改進(jìn)觀測(cè)儀器，在1611年他設(shè)計(jì)出另外一種望遠(yuǎn)鏡．他用更長(zhǎng)一些的管子，兩端都用凸透鏡，觀察物體時(shí)得到倒立的但是放得更大的像，稱(chēng)為開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡．

　　 對(duì)望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，目標(biāo)在遠(yuǎn)距離，進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的光束可視為平行光．為了使人眼不易疲勞，目視光學(xué)儀器的出射光束應(yīng)為平行光束，因此望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該是一個(gè)平行光射入、平行光射出的系統(tǒng)，或者說(shuō)是把無(wú)限遠(yuǎn)的物成像于無(wú)限遠(yuǎn)的無(wú)焦系統(tǒng)．最簡(jiǎn)單的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)由物鏡和目鏡組成，物鏡的像方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)重合．

　　 現(xiàn)代的伽利略望遠(yuǎn)鏡光路：自無(wú)窮遠(yuǎn)物點(diǎn)A發(fā)出的光束，在物鏡處與望遠(yuǎn)鏡的光軸有較小的夾角ω（無(wú)限遠(yuǎn)物體對(duì)人眼的張角ω眼=ω），經(jīng)物鏡后，光束被會(huì)聚于物鏡的后焦平面處的A′點(diǎn)，為A的像．這一光束再經(jīng)目鏡后與望遠(yuǎn)鏡的光軸有較大的夾角ω′（物通過(guò)儀器后對(duì)人眼的張角ω儀′=ω′），相當(dāng)于使物體對(duì)人眼的張角變大，從而在視網(wǎng)膜上獲得放大的像． 

　　 經(jīng)過(guò)一段漫長(zhǎng)的發(fā)展歷史，各種結(jié)構(gòu)形式的望遠(yuǎn)鏡相繼問(wèn)世，按用途不同可分成：

　?。?）．伽利略望遠(yuǎn)鏡——用于觀劇用望遠(yuǎn)鏡及眼鏡式低視力助視器．

　?。?）．調(diào)焦用望遠(yuǎn)鏡——如經(jīng)緯儀中的望遠(yuǎn)鏡，能完成調(diào)焦．　

　　 按光學(xué)原理，又可歸納為折射式望遠(yuǎn)鏡和反射式望遠(yuǎn)鏡兩大類(lèi)．折射式望遠(yuǎn)鏡常見(jiàn)的有棱鏡雙筒望遠(yuǎn)鏡，特點(diǎn)是鏡筒短、視野大、攜帶方便，多用于軍事和野外考察；反射式望遠(yuǎn)鏡由四面鏡作物鏡，凸透鏡作目鏡，用于天文觀測(cè)．目前世界上最大的折射式望遠(yuǎn)鏡是美國(guó)芝加哥附近的葉凱士天文臺(tái)擁有的口徑102cm、長(zhǎng)19m的天文望遠(yuǎn)鏡．最大的反射式望遠(yuǎn)鏡是美國(guó)威爾遜山天文臺(tái)的口徑是254cm的望遠(yuǎn)鏡．它所“捕捉”的光，比自然進(jìn)入人眼的光要強(qiáng)1000萬(wàn)倍；用它觀察天體，距離可達(dá)100億光年（一光年約等于94605億公里）之外，能看見(jiàn)的星星數(shù)目可達(dá)幾十億顆之多．

3、世界上第一部照相機(jī)

　   19世紀(jì)初，法國(guó)寫(xiě)生畫(huà)家達(dá)格爾希望發(fā)明一種能把人影留下來(lái)的裝置．為此，他整天躲在黑屋子里，一連工作幾個(gè)月．達(dá)格爾先把一塊銅板鍍上銀，把它放在水銀蒸汽中熏好后裝在一個(gè)木箱子里．在箱子前面的箱板上挖一個(gè)洞，在洞上嵌上可以伸縮的透鏡，調(diào)節(jié)透鏡的距離，使物體的像恰好落在小銅板上．經(jīng)過(guò)處理的小銅板終于感光，留下了物體的影子．就這樣，在1827年他制成了世界上第一部照相機(jī)．

現(xiàn)代照相機(jī)主要由照相物鏡、暗箱和放置感光板或膠片的支架組成．

　　 電影放映機(jī)和幻燈機(jī)則是與照相機(jī)作用“相反”的光學(xué)儀器．投影儀由投影鏡和照相系統(tǒng)兩部分組成．投影儀的作用是將一定大小的物體經(jīng)照明系統(tǒng)照明后，由投影物鏡成像，在屏幕上觀察或測(cè)量．這些光學(xué)儀器都被廣泛應(yīng)用于科研、生產(chǎn)、國(guó)防、教育和文化生活等各領(lǐng)域中．目前．變焦距照相物鏡的應(yīng)用日益廣泛，不僅用于新聞采訪、電影攝制、電視攝影、轉(zhuǎn)播等場(chǎng)合，而且逐步擴(kuò)大到135照相機(jī)和小型電影放映機(jī)上．一般變焦范圍在200～600mm，變焦類(lèi)型有好幾種，是按系統(tǒng)中變焦透鏡組的個(gè)數(shù)，以及正透鏡組和負(fù)透鏡組配置位置進(jìn)行分類(lèi)，有四種類(lèi)型可供選擇．四種類(lèi)型中，有三種符合物像交換原則，一種屬非物像交換原則．具體選擇哪一種型式既可滿(mǎn)足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，又易于實(shí)現(xiàn)呢？這需要對(duì)各種情況進(jìn)行高斯光學(xué)計(jì)算，反復(fù)進(jìn)行分析比較后才能確定最佳方案．

4、世界上第一個(gè)分光鏡

　　 1666年，英國(guó)科學(xué)家牛頓（lsaac Newton，1642—1727年）為了改進(jìn)問(wèn)世不久的天文望遠(yuǎn)鏡，不斷研究光通過(guò)各種形狀玻璃的各種特性，發(fā)現(xiàn)了色散現(xiàn)象．

　　 牛頓做了一個(gè)三角形的玻璃棱柱鏡，在漆黑房間的窗口上挖一個(gè)小孔，把棱鏡放在僅能讓一束陽(yáng)光射進(jìn)來(lái)的入口處，使光折射到墻上．這樣，他看見(jiàn)了由此而產(chǎn)生的鮮明、強(qiáng)烈的色光，他興奮不已．就這樣，世界上第一個(gè)分光鏡問(wèn)世，它證明了白光是由各種色光復(fù)合而成的．

　　 眾所周知，光在不同媒質(zhì)中折射且折射率與光的波長(zhǎng)有關(guān)．當(dāng)一束平行光入射到三棱鏡上，經(jīng)三棱鏡折射后的出射光向棱鏡底偏折．波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光偏折角最小，而波長(zhǎng)較短的紫光偏折角最大，按波長(zhǎng)不同分布，形成了七色彩帶．

　　   由于棱鏡的折射與色散作用，人們利用這一原理制成了光譜儀．

　　   若在光譜儀中的望遠(yuǎn)物鏡處再裝一目鏡，可供眼睛直接觀察光譜，便成為分光鏡．

　　   若在光譜儀中的望遠(yuǎn)物鏡的焦平面上放置感光底片，可拍攝光譜，便成為攝譜儀．

　　   若在光譜儀中的望遠(yuǎn)物鏡的焦平面上放一狹縫，用來(lái)將某種波長(zhǎng)的光分離出來(lái)，便成為單色儀．

　　   可見(jiàn)，根據(jù)棱鏡可以分光這一原理，可以獲得各種不同用途的光學(xué)儀器，它們?cè)谘芯课镔|(zhì)結(jié)構(gòu)及光譜分析中起著重要的作用．

5、光纖光學(xué)儀器

　　 光纖是由透明介質(zhì)按特殊的光導(dǎo)特性要求構(gòu)成的光學(xué)細(xì)絲，直徑與長(zhǎng)度之比小于1∶1000．把許多根光纖固定在一起就構(gòu)成了光纖束．它們可以傳光，也可以傳像，統(tǒng)稱(chēng)光纖光學(xué)元件．它們可以完成很多傳統(tǒng)光學(xué)元件無(wú)法完成的任務(wù)，因此，光纖元件的出現(xiàn)，使光學(xué)儀器和通訊技術(shù)發(fā)生了重大的變化，并產(chǎn)生了一系列實(shí)用化的光纖光學(xué)儀器．光纖光學(xué)已成為一門(mén)新的學(xué)科．

　　 光纖可以按它的構(gòu)成材料分為石英光纖、多組分玻璃光纖、塑料光纖和晶體光纖等；也可以按模式分為單模光纖和多模光纖；或可按傳輸方式的不同分為全反射光纖和梯度折射率光纖．全反射光纖是由兩種折射率不同的均勻透明介質(zhì)構(gòu)成，能發(fā)生全反射，光線在光纖內(nèi)部通過(guò)表面的全反射和直線傳播進(jìn)行傳輸；梯度折射率光纖是由非均勻介質(zhì)構(gòu)成，其折射率分布規(guī)律是沿光纖橫截面的半徑方向由中心向邊緣逐漸降低，光線在光纖內(nèi)部沿曲線傳播．全反射光纖主要應(yīng)用在“導(dǎo)光束”和“傳像束”兩方面．導(dǎo)光束應(yīng)用于照明目標(biāo)；傳像束有內(nèi)窺鏡，如用于觀察人體內(nèi)部組織或器官的醫(yī)用內(nèi)窺鏡，用于觀察渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等機(jī)器內(nèi)部情況的工業(yè)內(nèi)窺鏡；還有光纖面板，目前用在電子束成像器件中做接觸攝影；還有做成光學(xué)系統(tǒng)的像場(chǎng)校正器，在大視場(chǎng)大孔徑的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，常常遇到系統(tǒng)場(chǎng)曲和其它像差矛盾的情況，需要進(jìn)行校正．梯度折射率光纖是為適應(yīng)通訊領(lǐng)域加大信息量的要求產(chǎn)生出來(lái)的，利用它能大大提高單位時(shí)間內(nèi)傳遞的脈沖數(shù)，從而增加傳遞信息的總量．