光是一种重要的自然现象，我们所以能够看到客观世界中五彩缤纷、瞬息万变的景象，是因为眼睛接收物体发射、反射或散射的光。据统计，人类感官收到外部世界的总信息量中，至少有90％以上通过眼睛。
光学的发展大致可换分为5个时期：萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期。
1 萌芽时期
光学的起源和力学等一样，可以追溯到3000年前甚至更早的时期。在中国，墨翟（公元前468-公元前376）及其弟子所著的《墨经》记载了光的直线传播和光在镜面上的反射等现象，并具体分析了物、像的正倒及大小关系。无论从时间还是科学性来讲，《墨经》可以说是世界上较为系统的关于光学知识的最早记录。约100多年后，古希腊数学家欧几里得（Euclid，约公元前330-公元前275）在其著作中研究了平面镜成像问题，提出了光的反射定律，指出反射角等于入射角，但他同时提出了将光当作类似触须的投射学说。
从墨翟开始后的两千多年的漫长岁月构成了光学发展的萌芽时期，在此期间光学发展比较缓慢。罗马帝国的灭亡(公元475年)大体上标志着黑暗时代的开始，在此之后，欧洲在很长一段时间里科学发展缓慢，光学亦是如此。除了对光的直线传播、反射和折射等现象的观察和实验外，在生产和社会需要的推动下，在光的反射和透镜的应用方面，逐渐有了些成果。克莱门德（Clemomedes）和托勒密（C.Ptolemy,90--168）研究了光的折射现象，最先测定了光通过两证介质面时代入射角和折射角。罗马哲学家塞涅卡（Seneca,前3--65）指出充满水的玻璃泡具有强大功能。从阿拉伯的巴斯拉来到埃及的学者阿尔哈雷（Alhazen，965--1038）反对欧几里德和托勒密关于眼镜发出光线才能看到物体的学说，认为光线来自所观察的物体，并且光是以球面形式从光源发出的；反射和入射线共面且入射面垂直于界面，他研究了球面镜与抛物面镜，并详细描述了人眼的构造；他首先发明了凸透镜，并对凸透镜进行了实验研究，所得的结果接近于近代关于凸透镜的理论。培根（R.Bacon,1214--1294）提出透镜校正视力和采用透镜组构成望远镜的可能性，并描述了透镜焦点的位置。阿玛蒂（Armati）发明了眼镜。波特（G.B.D.Porta，1535--1615）研究了成像暗箱，并在1589年的论文《自然的魔法》中讨论了复合面镜以及凸透镜和凸透镜组的组合。综上所述，到15世纪末和16世纪初，凹透镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件已相继出现。
2 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力，人们发明了光学仪器，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。
荷兰的李普塞（H.Lippershey，1587-1619）在1608年发明了第一架望远镜，17世纪初延森（z.Janssen，1588-1632）和冯特纳（P.Fontana，1580-1656）最早制作了复合显微镜，1610年伽利略（Galilei，1564-1642）用自己制造的望远镜观察星体，发现了绕木星运行的卫星，这给哥白尼关于地球绕太阳运转的日心说提供了强有力的证据。
开普勒（J.Kepler，1571-1630）汇集了前人的光学知识，于1611年发表了他的著作《折光学》，无论在形式上还是在内容上，该书都可与现代几何光学教材媲美，他提出了用点光源照明时，照度与受照面到光源距离的平方成反比的照度定律，他还设计了几种新型的望远镜，特别是由两块凸透镜构成的开普勒天文望远镜，他还发现当光以小角度入射到界面时，入射角和折射角近似地成正比关系，至于折射定律的精确公式则是斯涅耳（W.Snell，1591-1626）和笛卡儿（R.Descartes，1596-1650）提出的，1621年斯涅耳在他的一篇未发表的文章中指出，入射角的余弦和折射角的余弦之比是常量，而约在1630年，笛卡儿在《折光学》（1637年出版）中给出了我们现在熟悉的用正弦函数表述的折射定律，接着费马（P.de Fermat，160l-1665）在1657年首先指出光在介质中传播时所走的光程取极值的原理，并根据这个原理推出光的反射定律和折射定律，综上所述，到17世纪中叶，基本上已经奠定了几何光学的基础。
早先关于光的本性的概念，是以光的直线传播为基础的，但从17世纪开始，就发现了与光的直线传播不完全符合的事实，意大利人格里马第（F.M.Grimaldi，1618-1663）首先观察到光的衍射现象，他发现在点光源的情况下，一根直竿的影子要比假设光沿直线传播所应有的宽度稍大一点，也就是说光并不严格按直线传播，而会绕过障碍物前进，接着，1672-1675年间胡克（R.Hooke，1635-1703）也观察到衍射现象，并且和波意耳（R.Boyle，1627--1691）独立地研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹。这些都是光的波动理论的萌芽。
十七世纪下半页，牛顿（1642~1727年）和惠更斯（1629~1695年）等把光的研究引向进一步发展的道路。在光学发展的早期，对颜色的解释显得特别困难。1672年牛顿发现白光通过三棱镜时，会在光屏上形成安一定次序排列的彩色光谱带--光谱。于是他认为白光由各种色光复合而成，各色光在玻璃中受到不同程度的折射而被分解成许多组成部分。反之，把各种组成部分复合起来会重新得到原来的白光。进一步的实验还指出，把第一棱镜所分离出的某种色光从光谱中分离出来，便不能被第二棱镜再分解，这些简单的色光特征，可用棱镜的形状和折射率来定量地描述。因此牛顿的白光实验，使对颜色的解释摆脱了主观视觉的印象而上升到客观量度的科学高度。此外，牛顿还仔细观察了白光在空气薄层上干涉时所产生的彩色条纹--牛顿环，从而首次认识了颜色和空气层厚度之间的关系。但最早发现牛顿环的却是胡克。在发现这些现象的同时，牛顿于公元1704年出版的《光学》一书中，根据光的直线传播性质，提出了光的微粒流理论。他认为这些微粒从光源飞出来，在真空或均匀物质内，由于惯性而作匀速直线运动，并以此观点解释光的反射和折射定律。然而在解释牛顿环时，却遇到了困难。同时，这种微粒流的假设也难以说明光在绕过障碍物之后所发生的衍射现象。
惠更斯反对光的微粒说，1678年他在《论光》中从生和光的某些现象的相似性出发，认为光是在“以太”中传播的波。所谓“以太”则是一种假想的弹性介质，充满整个宇宙空间，光的传播取决于“以太”的弹性和密度。运用他的波动理论中的次波原理，惠更斯不仅成功地解释了发射和折射定律，还解释了方解石的双折射现象。但是惠更斯没有把波动过程的特性给予足够的说明，没有指出光现象的周期性，没有提出波长的概念。他的次波包络面成为新的波面的理论，没有考虑到它们是由波动按一定的位相叠加所造成的。归根到底，仍旧摆脱不了几何光学的观念，因此不能由此说明光的的干涉和衍射等有关光的波动本性的现象。与次相反，坚持微粒说的牛顿，却从他发现的牛顿环现象中确信光是周期性的。
综上所述，这一时期中，在以牛顿位代表的微粒说占统治地位的同时，由于相继发现了光的干涉、衍射和偏振等光的波动现象，以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了。因而，这个时期也可以说是几何光学向波动光学过度的时期，是人们对光的认识逐步深化的时期。
光的理论在十八世纪实际上没有什么进展。多数科学家采纳了光的微粒说，不过瑞士的笛卡儿学派的欧拉（1707~1783年）和伯努利（1700~1782年）却捍卫并发展了“以太”的波动理论。
3 波动光学时期
1801年，托马斯?杨（T.Young，1773~1829）最先用干涉原理另人满意地解释了白光照射下薄膜颜色的由来并做了著名的“杨氏双缝干涉实验”，还第一次成功测定光的波长。
1815年，菲涅耳（A.J.Fresnel，1788-1827）用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，形成了人们所熟知的惠更斯－菲涅耳原理。运用这个原理不仅圆满地解释光在均匀的各向同性介质中的直线传播，而且还能解释光通过障碍物时所发生的衍射现象。因此，它成为波动光学的一个重要原理。
1808年，马吕斯（E.L.Malus,1755-1812）偶然发现光在两种介质界面上反射时的偏振现象。随后菲涅耳和阿拉果（D.F.J.Arago，1786~1853）对光的偏振现象和偏振光的干涉进行了研究。为了解释这种现象，杨氏在1817年提出了光波和弦中传播的波相仿的假设，认为它是一种横波。菲涅耳进一步完善了这一观点并提出了菲涅耳公式。至此，光的弹性波动理论既能说明光的直线传播，也能解释光的干涉和衍射现象，并且横波的假设又可以解释光的偏振现象。看来一切都十分圆满了，但这时仍把光看作是“以太”中的机械弹性波动。至于“以太”空间是什么物质，尽管人们赋予了它许多附加的性质，仍难自圆其说。这样，光的弹性波动理论存在的问题就暴露出来了。此外，这个理论既没有指出光学现象和其他物理现象间的任何联系，也没能把表征介质特性的各种光学常量和介质的其他参数联系起来。
1845年法拉第（M.Faraday，1791~1867年）发现了光的振动面在强磁场中的旋转，
从而揭示光学现象和电磁现象的内在联系。
1856年，韦伯（W.E.Weber，1804-1891)和柯尔劳斯（R.Kohlrausch，1809-1858)通过在莱比锡做的电学实验发现电荷的电磁单位和静电单位的比值等于光在真空中的传播速度，既3*10^8m/s。从这些发现中，人们得到启示，即在研究光学现象时，必须把光学现象和其他物理现象联系起来考虑。
1865年，麦克斯韦（J.C.Maxwell，1831-1879)指出电场和磁场的改变不会局限在空间的某一部分，而是以数值等于电荷的电磁单位与静电单位的比值的速度传播的。即电磁波以光速传播，说明光是一种电磁现象。
这理论在1888年被赫兹（H.R.Hertz，1857-1894)的实验所证实。他直接通过频率和波长来测定电磁波的传播速度，好现它恰好等于光速。至此，确立了光的电磁理论基础，尽管关于以太的问题，要在相对论出现以后才得到完全解决。
另一方面，当时已经发现了折射率随光波波长而改变的色散现象。根据当时物质结构的观念，已经可以从电子的运动过程更深入地研究物质和光相互作用的各种过程。
1896年，洛仑兹（H.A.Lorentz，1853-1928)创立电子论，认为在外力的作用下，电子做阻尼振动而产生光的辐射。当光通过介质且介质中电子的固有频率和外场的频率相同时，则束缚电子便成为较显著的光的吸收体。解释了物质发射和吸收光的现象，以及光在物质中的传播过程以及光的色散现象。
随着新光源的探索，光学的研究深入到光的发生、光和物质相互作用的微观机构中，光的电磁理论又发生了一些困难。“黑体辐射”的能量按波长分布的问题，及1887年赫兹发现的光电效应，用光的电磁理论不能得出正确的结论。并且，如果认为洛伦兹关于以太的概念是正确的话，则可将不动的以太选作参照系，使人们能区别出绝对运动。而事实上，1876～1887年间，美国物理学家迈克尔逊和莫雷进行了搜索“以太风”的实验，但他们的实验得到了“负结果”，即没有发现“以太风”的存在。得到否定的结果，这表明到了洛伦兹电子论时期，人们对光的本性的认识仍然有不少片面性。
但是光的电磁论在整个物理学的发展中起着很重要的作用，它指出光和电磁现象的一致性，并且证明了各种自然现象之间存在着相互联系这一辩证唯物论的基本原理，使人们在认识光的本性方面向前迈进了一大步。
在此期间，人们还用多种实验方法对光速进行了多次测定。1849年斐索（A.H.L.Fizeau，1819--1896）运用了旋转齿轮的方法及1862年傅科（J.L.Foucault，1819--1868）使用旋转镜法测定了光在各种不同介质中的传播速度。
4 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微观机构中．光的电磁理论的主要困难是不能解释光和物质相互作用的某些现象，例如炽热黑体辐射中能量随波长分布的问题，特别是1887年赫兹发现的光电应。
1900年，普朗克（M.K.Planck,1858-1947)提出了辐射的量子论，认为各种频率的电磁波只能以一定的能量子方式从振子发射，能量子所具有的能量是不连续的，其大小只能是电磁波（或光）的频率与普朗克常量乘积的整数倍，从而成功解释黑体辐射问题，开始量子光学时期。
1905年，爱因斯坦（A.Einstein,1879-1955)发展了普朗克的能量子假设，把量子论贯穿到整个辐射和吸收过程中，提出了光量子（光子）理论，圆满解释了光电效应，并被后来的许多实验（如康普顿效应）证实。但这里的光子不同于牛顿的微粒说的粒子，光子是和光的频率（波动特性）联系着的，光同时具有微粒和波动两种属性。
至此，人们一方面通过光的干涉、衍射、偏振等光学现象证实了光的波动性；而另一方面通过热辐射、光电效应和康普顿效应等又证实了光的量子性--粒子性。为了将有关光的本性的两个完全不同的概念统一起来，人们进行了大量的探索工作。
1924年，德布罗意（L.V.de Broglie，1892-1987)创立物质波学说，大胆设想每一物质的粒子都和一定的波相联系。
这一假设在1927年被戴维孙（C.J.Davisson，1881-1958)和革末（L.H.Germer，1896-1971)的电子束衍射实验所证实。事实上，不仅光具有波动性和微粒性，也就是所谓波粒二象性，而且一切习惯概念上的实物粒子同样具有这种二重性．也就是说这是微观物质所共有的属性。
1925年，波恩（M.Born，1882-1970)提出波粒二象性的概率解释建立了波动性和微粒性之间的联系。光和一切微观粒子都具有波粒二象性，这个认识促进了原子核和粒子研究的发展，也推动了人们去进一步探索光和物质的本质，包括实物和场的本质问题。
5 现在光学时期
1935年，荷兰物理学家泽尼克（Z.Zernike)提出相衬显微术。
1948年，伽柏（D.Gabor)提出波前记录与在现的全息术。
1955年，光学传递函数理论创立。
1960年，梅曼（T.H.Maiman，1927- )的激光问世，标志光学迅速迈入现代光学时期。
1958年，肖洛（A.L.Schawlow，1921-1999)和汤斯（C.H.Towns，1915- )等提出把微波量子放大器的原理推广到光频段中去。
20世纪中叶，特别是激光问世以后，光学开始进入了一个新的时期，以致于成为现代物理学和现代科学技术前沿的重要组成部分。其中最重要的成就，就是发现了爱因斯坦于1916年预言过的原子和分子的受激辐射，并且创造了许多具体的产生受激辐射的技术。 爱因斯坦研究辐射时指出，在一定条件下，如果能使受激辐射继续去激发其他粒子，造成连锁反应，雪崩似地获得放大效果，最后就可得到单色性极强的辐射，即激光。1960年，梅曼用红宝石制成第一台可见光的激光器；同年制成氦氖激光器；1962年产生了半导体激光器；1963年产生了可调谐染料激光器。由于激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，所以自1958年发现以来，得到了迅速的发展和广泛应用，引起了科学技术的重大变化。
1960年，梅曼首先成功制成红宝石激光器。
自此，激光科学技术的发展突飞猛进，现已广泛用于打孔、切割、导向、测距、医疗和育种等方面，在化学催化、同位素分离、光通讯、光存储、光信息处理、生命科学以及引发核聚变等方面也有广阔的发展前景。
同步辐射的电磁波谱从红外线到X射线，强度高，指向性特佳，在科学研究和高技术诸如表明物理学、生物学和化学以及半导体制备和集成电路制造等领域都有广泛应用。
全息摄影术已在全息显微术、信息存储、像差平衡、信息编码、全息干涉亮度、声波全息和红外全息等方面获得了越来越广泛的应用。
光导纤维已发展成为一种新型的光学元件。光纤通讯具有使用范围广、容量大、抗干扰能力强、便于保密和节约钢材等优点。
由于采取光信息存储，并充分吸收了光并行处理的特点，光计算机的运算速度将会成千倍地增加，信息存储能力可望获得极大的提高，更完善的人工智能便可成为现实。
红外线技术成功应用于夜视、导弹制导、环境污染监测、地球资源考察及遥感遥测技术等。
将数学中的傅立叶变换和通讯中的线性系统理论引入光学，形成了傅立叶光学。
高度时间和空间相干性的高强度激光的出现，为研究强光作用下非线性光学（属光子学范畴）的发展创造了条件。
光子可像电子一样与物质相互作用，成为探测物质内部微观信息的一种灵敏的探针。由于描述光波的参量，诸如振幅、相位、频率及偏振态等均会在光与物质相互作用的过程中发生变化，这种变化正是传递了物质中的诸多信息。
现代光学技术与信息光学技术、纳米技术和生命科学技术密切关联。
现代光学和其他学科和技术的结合，在人们的生产和生活中发挥这日益重大的作用和影响，正在成为人们认识自然、改造自然以及提高劳动生产率的越来越强有力的武器。
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