1896年洛伦兹创立电子论，解释了发光和物质吸收光的现象，也解释了光在物质中传播的各种特点，包括对色散现象的解释。在洛伦兹的理论中，以太乃是广袤无限的不动的媒质，其唯一特点是，在这种媒质中光振动具有一定的传播速度。对于像黑体的辐射中能量按波长分布这样重要的问题，洛伦兹理论还不能给出令人满意的解释。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，1887年迈克尔逊用干涉仪测“以太风”，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。
光的电磁论在整个物理学的发展中起着很重要的作用，它指出光与电磁现象的一致性，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。
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、光与物质相互作用的微观机理层面，光的电磁理论又发生了一些困难，主要是不能解释光和物质相互作用的某些现象，如“黑体辐射”能量按波长分布的问题，1887年赫兹发现的光电效应等。
1900年普朗克在研究黑体辐射时，为了从理论上推导出与实际相符甚好的经验公式，他大胆地从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论，提出了与经典概念迥然不同的假设，即“组成黑体的振子的能量不能连续变化，只能取一份份的分立值”。这种能量微粒称为量子，光的量子称为光子。量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。量子论不但给光学，也给整个物理学提供了新的概念，所以通常把它的诞生视为近代物理学的起点。
1905年，爱因斯坦在研究光电效应时推广了普朗克的上述量子论，进而提出了光子的概念。他认为光能并不像电磁波理论所描述的那样分布在波阵面上，而是集中在所谓光子的微粒上。在光电效应中，当光子照射到金属表面时，光子能量一次性地被金属中的电子全部吸收，而无需电磁理论所预计的那种累积能量的时间，电子把这能量的一部分用于克服金属表面对它的吸力即作逸出功，余下的就变成电子离开金属表面后的动能。
1905年9月，德国《物理学年鉴》发表了爱因斯坦的《关于运动媒质的电动力学》一文。第一次提出了狭义相对论基本原理。文中指出，从伽利略和牛顿时代以来占统治地位的古典物理学，其应用范围只限于速度远远小于光速的情况，而他的新理论可解释与很大运动速度有关的过程的特征，根本放弃了以太的概念，圆满地解释了运动物体的光学现象。
这样，在20世纪初，一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波；而另一方面又从热辐射、光电效应、光压以及光的化学作用等无可怀疑地证明了光的量子性——微粒性。至此，光到底是“粒子”还是“波动”的争论告一段落：在某些方面，光表现的像经典的“波动”，在另一些方面表现的像经典的“粒子”，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。
1916年爱因斯坦预言原子和分子可以产生受激辐射。他在研究辐射时指出，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。这为现代光学的发展奠定了理论基础。
5.现代光学时期
传统光学建立在普通自发辐射光源的基础上，而现代光学则建立在受激辐射的激光光源的基础上。由于激光的问世，光学的面貌发生了深刻的变化，光学的研究内容也从传统的光学与光谱学迅速扩展到光学与其他学科的交汇点，引起了光学乃至科学技术的重大变化。光学与各个领域相互渗透、相互交叉，发展成为一个涉及各个领域的综合性学科，主要包括量子光学、非线性光学、相干光学、激光光谱学、信息光学和纤维光学等，成为现代科学技术最活跃的前沿领域之一。
1960年，梅曼用红宝石制成第一台可见光的激光器；同年美国科学家制成氦氖激光器；1962年三组科学家同时发明了半导体激光器；60年代中期，研制成了可调谐染料激光器。
随着同步辐射器这些新型光源的出现，强激光与物质相互作用产生了一系列非线性效应，使光学研究领域焕然一新，基于强激光的非线性光学由此诞生。激光的卓越特性推进了物理学、化学、生物学的研究，加深了对物质及其运动规律的认识，由强激光产生的非线性光学现象正为越来越多的人所注意。激光光谱学（包括激光喇曼光谱学、高分辨率光谱仪、皮秒超短脉冲以及可调谐激光技术）的出现，已使传统的光谱学发生了很大变化，成为深入研究物质微观结构、运动规律及能量转换机制的重要手段。它为凝聚态物理学、分子生物学和化学的动态过程的研究提供了前所未有的技术。
光学的另一个重要的分支由成像光学、全息术和光学信息处理理论组成。这一分支最早可追溯到1873年阿贝提出的显微镜成像理论和1906年波特为之完成的实验验证；1935年泽尔尼克提出位相反衬观察法，蔡司工厂依此制成相衬显微镜，为此他获得了1953年诺贝尔物理学奖；1948年伽柏提出现代全息照相术的前身——波阵面再现原理，为此，伽柏获得了1971年诺贝尔物理学奖。自20世纪50年代以来，人们开始把数学、信号与系统的理论与光学结合起来，给光学引入了空间频谱、空间滤波、线性变换及相关运算等概念，更新了经典成像光学，形成了“傅里叶光学”。1970年，世界上第一根低损耗的石英光纤的诞生，引起了通信技术的一场革命，也导致了新的光学分支——导波光学和纤维光学的诞生。20世纪后半叶，其他光学分支，如薄膜光学、微纳光学、现代发光理论、生物光学与组织光学等随着现代技术的发展也取得了重要的成果，古老的光学又焕发出青春的活力，在各个领域发挥着重要的作用。随着新应用领域的扩展，新的问题不断提出，新的理论不断涌现，光学本身随之不断发展。人们对光的本质、光的性质的了解更加全面深入，光学理论更加丰富。
1.4.2 光学技术发展简史
科学的发展一方面使人们对自然现象、规律有本质的认识，另一方面也促进了生产技术的发展。光学理论的完善和光学技术的应用，几乎是同步进行并相互影响。
光学技术是将光应用于生产、生活、科学研究等各个领域的技术，包括电磁波从紫外到红外以及太赫兹波段范围内光的产生、传输、探测、处理等各种技术，以及光与物质的相互作用的应用技术。现代光学技术的理论基础，不仅包括光学，还包括光电子学，并与精密机械技术、电子技术和计算机技术等相近学科的技术相结合而形成一门综合技术。
按照使用目的和原理，光学技术可以简单分为照明技术、视见技术、光能利用技术以及光信息技术等4个方面，涉及激光技术、光通信技术、光电信息检测技术及传感技术、光电显示技术、光信息存储技术、光信息处理技术，图像信息处理技术、生物医学光子学技术、激光加工技术、现代照明技术等多个领域，并且随着科学技术的发展，新的应用领域还在不断出现。由于光学技术涉及面广，又与多学科交叉发展，因此本节只对主要的技术和应用领域的发展做一简要介绍。
1.照明技术
由于人具有感知光的视觉系统，所以自人类诞生以来很快就学会了利用光为人的生活与生产服务，这导致光学技术先于光学理论出现。这与电技术、核技术、化工技术等形成了巨大的反差。
人类照明的历史经历了漫长的发展过程。过去，人们曾长期靠燃烧木材照明，如果说火是人类照明领域的第一次革命，那么1879年爱迪生发明白炽灯是人类照明历史上的第二次革命。20世纪90年代末，第三代半导体材料GaN的突破，基于半导体发光二极管（LED）的固态照明（亦称“半导体灯”）将逐步代替白炽灯和荧光灯进入普通照明领域，由于半导体照明在节能、减排和环保领域具有独特的优势，半导体照明被誉为人类照明历史上的第三次革命。
1）照明的第一次革命——火
远古时代，没有灯具，没有火种。黑夜桎梏着先民们原本低级的生存活动，也为野兽的肆虐和侵袭制造了可乘之机。这一切，因火的使用而发生了翻天覆地的革命。火结束了“茹毛饮血”的时代，驱散了虫豸和野兽；同时，人类渐渐地有意识地固定火源，而这些用来固定火源的辅助设备经过不断改进和演变，也就出现了专用照明的物事——灯具。
几十万年以前，人类使用大自然的火源做成了人类历史上创造的第一盏“灯”——火堆，这是人类掌握的第一种光源；大约一二十万年以前，原始人发明了摩擦取火方法，自此以后我们的祖先能够不依赖自然界而自己来取火了。只有到这时，人类才算初步获得了对热和火的真正支配权，才有可能利用它去发展和提高社会生产力。摩擦取火在人类历史上占有极其重要的地位，人类科学技术的发展正是从这里开始的。就世界性的解放作用而言，摩擦取火甚至超过了蒸汽机，因为它使人类支配了一种自然力，从而最终把人和动物界分开。
人类学会用火以后，火同人类生产和生活的关系越来越密切。随着历史的发展，人们对于光的需求越来越多，特别是夜晚的照明。经过不断的实践和摸索，人们把松枝或草把点燃成为照明的火炬。火堆不单用来照明，而且首先是做饭、取暖的热源，一物两用。只有在发明了火炬以后，人类才能够骄傲地宣布：我们终于有了与热源分家的专门的照明工具了！
早在用火堆照明的时代，人们就已经在琢磨着怎样改进照明的方式。当人们学会使用动植物油后，把油盛放在石制的容器内点燃，就做成了世界上第一盏真正的灯——油灯。在使用油灯照明的同时，人类仍然在寻找其他的照明方法。公元前3世纪左右，有人用蜂蜡作成了蜡烛。到了18世纪，出现了用石蜡制作的蜡烛，并且开始用机器大量生产。到19世纪，人们开采石油后，出现了煤油灯；19世纪中叶，出现了煤气灯。火把、蜡烛、油灯、煤油灯、煤气灯这些照明工具，都没有离开火，都是靠物质燃烧发出的光来照明的。那么，有没有不用火也能照明的方法呢？有人曾经捉来大批的萤火虫，利用萤火虫发出的萤光来照明。这种方法虽然不实用，不过在人类的照明史上也算是最奇特的一种方法了。
2）照明的第二次革命——白炽灯
电的发明使人类对光明的追求，跃上了一个新的台阶。在此之前，光明总是同“火”联系在一起的，始终离不开燃烧和火焰。后来，电悄悄地进入了人类生活。
1808年，英国科学家戴维在用碳棒做电流的热效应实验时，无意中把两根碳棒碰了一下，谁知就在碳棒尖端相互离开的一瞬间，一道极强的白光闪亮起来，犹如夜空中的闪电。这使戴维兴奋起来，他反复试验下去，制成了电弧灯，也被人称为“电烛”。
后来俄国人雅布洛奇可夫把两根碳棒并列起来，当中充填绝缘材料，改进成为可供实用的“电烛”。当第一批“电烛”在巴黎点起来的时候，人们成群结队地到大街上去，就像去看精彩的魔术表演一样。接着，明亮的电烛在世界各地放光了，那是19世纪末期的事。电弧灯了只盛行了一二十年的时间，就为白炽灯所淘汰。
继电孤灯之后，爱迪生（Thomas Alva Edison，1847-1931年）发现很细的白金丝通上电流，会发出极微弱的光。这一点点微弱的光亮，使爱迪生看到了前进的方向：让电流通过某种导体，使它的温度达到白炽，不就能够照明了吗？白炽电灯的设想吸引住了爱迪生，他在考查了大量的资料以后，找到了进行研究的正确方向：要想制造出白炽电灯，关键在于找到一种电阻不大而又耐高温的导体材料做灯丝。爱迪生前前后后试验了1600多种矿物和金属的耐热导电材料，结果全失败了！一天，他坐在椅子上考虑下一步该用什么材料来试验时，随手拿起桌上一卷棉纱玩弄着。突然，他脑子里闪过一个念头，是否可以用棉线烧出的炭丝当灯丝？爱迪生把棉线用特制的镍制模具夹住，放到高温炉里，加工成了一根炭丝。但炭丝太脆弱了，刚一拿就断了，爱迪生毫不气馁，一直干到第3天，才将第4根炭丝顺利地装进灯泡里去，并用精密的抽气机抽出了里面的空气。
