Optik
Tarihçe

Ana madde: Optik tarihi
Optiğin tarihi Antik Mısır ve Mezopotamya uygarlıklarının merceği geliştirmesiyle başlar. Bilinen ilk mercekler, M.Ö. 700'lerde Asurlular tarafından cilalı kristalden ya da genellikle kuartz, yapılmıştır. Layard/Nimrud Merceği bunun bir örneğidir.
 Antik Romalılar, cam kürelere su doldurup mercek olarak kullanmışlardır. Optik alanında gelişmeler, ışık hakkındaki genel teoriler ile Yunan ve Hint filozofların geliştirdiği görme kuramlarını beraberinde getirdi. Bu ilerlemeler, Greko-Romen kültüründe geometrik optiğin gelişimini sağladı. "Optik" sözcüğü Yunanca görünüş, görünüm anlamına gelen "ὀπτική" sözcüğünden türemiştir.
Yunan felsefesi görme eyleminin nasıl gerçekleştiği konusunda iki teoriye ayrılmıştır; emisyon (yayılma) ve içe giriş teorisi. İçe giriş teorisine göre nesnelerden nesnenin kopyaları (eidola) göze gelir ve kopya göz tarafından yakalanınca görme eylemi gerçekleşir. Demokritos, Epikür, Aristoteles ve öğrencilerinin de desteklediği bu teori modern görme teorileriyle ortak yanlara sahip olsa da ortaya atıldığı dönemde hiçbir deneysel çıkarıma dayanmamaktaydı.
Platon, ilk olarak yayılma teorisinde görme olayını; maddelerden yayılan ışınların göz tarafından soğurulması olarak açıklamıştır. Platon aynı zamanda Timaeus'da aynaların dönüşüm çarpanına değinmiştir. Birkaç yüzyıl sonra Öklid Optik tezi yazdı. Bu tezinde görme olayını geometriyle birleştirdi ve "Geometrik Optiki geliştirdi. Her ne kadar gözden çıkan ışının her göz kırpmada gözde parlamalara sebep olması gerektiğini sorgulasa da  Öklid bu çalışmasını Platon'un perspektifin matematiksel kurallarını ve kırılımın etkilerini nitel olarak açıkladığı yayılım teorisini baz alarak yaptı. Batlamyus, Optik tezinde içe-dışa yayma teorisini düzenledi: gözden gelen ışınlar (ya da akı) koni şeklini alır, tepesi göze girer ve taban görüş alanını belirtir. Işınlar hassastı, gözlemcinin beynine mesafe ve yüzeyin yönü hakkında bilgi iletiyordu. Aslında Öklid'i özetlemiştir ve ışınla geliş açısı arasındaki ampirik ilişkiyi farkedememiş, kırılma açısını ölçmek için yöntem aramıştır.
Orta Çağ'da Yunanların optik hakkındaki görüşleri Müslüman dünyası bilim adamları tarafından yeniden gündeme getirilip, geliştirildi. Bu bilim adamlarının öncülerinden olan Kindi, Aristotesyen ve Öklidyen optiğin yararlarını yazmış, optik fenomeni daha iyi açıkladığını düşündüğü için yayılım teorisini benimsemiştir. 984 yılında İranlı matematikçi Ibn Sahl, "Yanan (Parlayan) aynalar ve mercekler" üzerine bir tez yazdı. Şimdiki adıyla Snell yasası'nı yani ışığın kırılımını açıklamıştır. Ve bu yasayı merceklerin ve küresel aynaların optimum eğriliğini hesaplamak için kullandı. 11. yüzyılın başlarında, İbn-i Heysem Optik Kitabı'nı (Kitab al-manazir) yazdı. Bu kitapta yansıma ve kırılmayı açıkladı. Aynı kitapta görme olayını ve ışığı açıklamak için gözlem ve deneye dayalı yeni bir sistem önerdi. Batlamyus'un ışınların gözden emildiğini söyleyen optik yayılma teorisini reddetti. Bunun yerine ışığın tüm yönlerden, düz çizgiler halinde gözlenen nesnenin her noktasından yansıyıp göze girdiğini öne sürdü. Fakat gözün ışınları nasıl yakaladığını açıklayamadı. İbn-i Heysem'in çalışması Arap dünyasında görmezden gelinse de 1200 yılında anonim bir yazar tarafından Latinceye çevrildi. Daha sonra Polonyalı Witelo adlı bir keşiş tarafından özetlendi ve genişletildi. Bu metin 400 yıl boyunca Avrupa'da optik üzerine literatür kitap olarak kullanıldı.
13. yüzyıl Orta Çağ Avrupası'nda İngiliz piskopos Robert Grosseteste, ışıkla ilgili bilimsel konuları Aristo'nun ve Platon'un çalışmalarından yola çıkarak geniş bir şekilde, 4 farklı perspektifle ele aldı: epistemolojik, metafiziksel veya kozmogoniksel, etiyolojik veya fiziksel ve teolojik. Grosseteste'nin en tanınmış öğrencisi, Roger Bacon; İbn-i Heysem, Aristo, İbn-i Sina, İbn Rüşd, Öklid, Kindi, Batlamyus, Tideus, Constantinus Africanus gibi bilim insanlarının yakın zamanda çevrilmiş optik ve felsefe konulu eserlerinden alıntılar ile bir çalışma yaptı. Bacon cam küre parçalarını büyüteç gibi kullanarak ışığın nesnelerden kaynaklanmadığını, nesnelerden yansıdığını ortaya koydu.
İlk takılabilir gözlük 1286 yılı civarında İtalya'da icat edildi. Bu icat mercekleri bileyerek ve cilalayarak gözlük yapılmasını sağlayan optik endüstrisinin başlangıcıydı. İlk olarak Venedik ve Floransa'da 13. yüzyılda başlamış daha sonra Hollanda ve Almanya'da da gözlük merceği yapım atölyeleri açılmıştır. Gözlük yapımcıları görüşü düzeltmek için zamanın optik teorisinden (merceklerin nasıl çalıştığını açıklayamıyordu) edindikleri bilgilerle değil merceklerin etkilerini inceleyerek öğrendikleri bilgilerle farklı mercek tipleri geliştirdiler. Mercek alanındaki gelişmeler, ustalaşma ve deneyler; 1595'te bileşik ışık mikroskobunun, 1608'de refrakter teleskopun Hollanda'daki mercek atölyelerinde icat edilmesini sağladı.
17. yüzyılın başlarında Johannes Kepler geometrik optikte ilerleme kaydetmiştir. Kepler mercekleri, düz ve küresel aynalarda yansımayı, iğne deliği kameranın çalışma prensibini, ışığın yoğunluğunun ters kare yasası ile ilişkisini, Ay ve Güneş tutulmasını, ıraklık açısını açıklamıştır. Aynı zamanda retinanın görüntüleri kaydetme rolü olduğunu anlamış ve mercek yapımcılarının 300 yıllık gözlemlerinin ardından değişik mercek çeşitlerinin etkileri bilimsel olarak ölçülmüştür. Teleskobun icadından sonra Kepler; teleskobun çalışma prensibinin teorik temellerini oluşturmuş; teleskoplar için Kepler teleskobu olarak bilinen ve büyütmeyi artırmak için iki dışbükey mercek kullanan daha iyi bir yöntem geliştirmiştir.
Optik teori 17. yüzyılın ortalarında René Descartes'ın The World adlı eserinde bulunan tezlerle ilerleme kaydetti. Bu tezlerde yansıma ve kırılma, ışığın onu üreten nesneler tarafından emildiği varsayılarak, açıklandı. Bu antik Yunan yayılma teorisinden çok farklıydı. 1660'ların sonlarına doğru, Newton Descartes'in fikrini Işığın Tanecik Kuramı'na dönüştürdü. Bu kurama göre beyaz ışık bir prizma aracılığıyla içeriğindeki renklere ayrılabilen birçok rengin karışımıydı. 1690'da Christiaan Huygens, 1664'te Robert Hooke tarafından yapılan çıkarımlara dayanarak dalga teorisini önerdi. Hooke, Newton'ın ışık teorilerini halka açık bir şekilde eleştirdi. İkisi arasındaki anlaşmazlık Hooke'un ölümüne kadar sürdü. 1704 yılında Newton, Opticks'i yayınladı. Fiziğin diğer alanlarındaki başarısı sebebiyle yaşadığı dönemde ışığın doğası tartışmasının galibi olarak düşünülüyordu.
Newtonyen optik 19. yüzyılın başlarına kadar kabul gördü ta ki Thomas Young ve Augustin-Jean Fresnel'in girişim deneyleri ile ışığın dalga modelini yayınlamasına kadar. Young'ın meşhur çift yarık deneyi ışığın süperpozisyon ilkesine uyduğunu gösterdi. Bu durum Newton'ın parçacık teorisinde öngörülmemişti. Bu çalışma ışığın kırınım teorisine yönlendirdi ve fiziksel optikte yeni bir çalışma alanı yarattı. 1860'larda dalga optiği James Clerk Maxwell tarafından elektromanyetik teori ile başarıyla birleştirildi.
Optik teorideki bir sonraki gelişme 1899 Max Planck'ın siyah cisim ışımasını doğru olarak modellemesi oldu. Bu modelde Planck madde ile ışık arasındaki enerji değişimlerinin sadece kuanta adını verdiği belirli enerji düzeylerinde gerçekleşebildiği varsaydı. 1905'te Albert Einstein kuantizasyonun ışığın kendisinden kaynaklandığını açıklayan fotoelektrik etki teorisini yayınladı. 1913'te Niels Bohr atomların sadece belirli ve kesikli enerji düzeylerinde enerji yayıldığını gösterdi. Bu keşif emisyon ve absorpsiyon spektroskopisindeki kesikli çizgileri açıkladı. Işık ve madde arasındaki etkileşimin anlaşılması kuantum optiğinin temelini atmasının yanı sıra kuantum mekaniğinin bir bütün olarak geliştirilmesinde önemli bir rol oynadı. Sonuç olarak; kuantum elektrodinamiği tüm optik ve elektromanyetik süreci sanal ve gerçek fotonların değişimi olarak açıkladı.
Kuantum optiği 1953'te maserin, 1960'ta lazerin icadıyla günlük hayatta kullanım bakımından önem kazandı. Paul Dirac'ın kuantum alan kuramı üzerine çalışması ve George Sudarshan, Roy J. Glauber, Leonard Mandel'in katkıları 1950 ve 1960'larda fotodedektör, istatistiksel mekanik alanlarında daha fazla bilgi edinmek için kuantum teorisinin elektromanyetik alana uygulanmasını sağladı.