光,無處不在。那麼光的本質是什麼呢?現在就讓我們一起進入到光的世界去一探究竟吧!
注:本文作為物理光學的學習筆記,僅供參考,若有錯誤還望大佬不吝賜教。
一、光學發展史
在17世紀到18世紀末,以牛頓為代表的科學家們堅持光的機械微粒學說,他們的觀點是
,然而根據惠更斯的波動說,
。1850年,Foucault測定,
,自此微粒說開始瓦解。
讓我們跟隨時代前進,來到19世紀初。此時科學家們透過干涉、衍射、偏振等實驗進一步證明了光的波動性以及光的橫波性。他們提出光應該具有這樣的性質:彈性機械波,能在機械以太中傳播。
又過了半個世紀,到19世紀中後期時,由麥克斯韋建立起電磁理論,他提出光的電磁波動觀點,認為光電磁波在電磁以太中傳播。
然而光的電磁波動說在20世紀初又遇到了挑戰,不能解釋“黑體輻射”和“光電效應”等實驗現象。此時普朗克提出了“黑體輻射量子化”的觀點,隨後愛因斯坦又提出了光子的概念,將光堪稱一束粒子流,與電磁波動說相呼應。
最後,科學家們都認可:光是一個複雜性的客體,它的本性只能透過它所表現的性質來確定,它的某些方面像波而另一方面像微粒——具有波粒二象性。
再往後,當鐳射出現以後,光學再次蓬勃發展。
二、波動光學
首先,光是一種電磁波,振動的是電場強度
和磁場強度
,其中能引起人眼視覺和底片感光的是電場強度
,因此常把
稱為光向量。我們在研究光的時候,通常研究電場強度
。
可見光的波長
的範圍是
。
波動光學主要分為以下幾塊內容
(一)干涉
(二)衍射
(三)偏振
(四)吸收、散射、色散
干涉
對於在真空中傳播的光或在介質中傳播的不太強的光,當光波相遇時,其合成光波的光向量等於各分光波光向量的向量和。
現在考察空間中兩束光的疊加,得到
其中
:兩束光光向量振動方向的夾角
因此為了使
不為零,得到相干條件:1)存在相互平行的振動分量;2)頻率相同;3)具有恆定的初相位差。
光的干涉現象的本質是光向量相干疊加引起的光強在空間的重新分佈現象。
那麼怎麼才能得到相干光呢?首先我們觀察到:兩個普通光源,比如教室裡的白熾燈,它們發出的光並不能形成明暗相間的干涉現象,因為普通光源發出的光波列是大量的、隨機的,很難滿足相干條件。因此要得到相干光,對疊加的兩束光具有很高的要求。
如果,將一束光“裂開”成兩束呢?(啊好殘忍)是不是就必然滿足相干條件了呢?
歷史上科學家們也確實是這麼做的:將普通光源的同一束光分割為兩束或多束,使之經過不同路徑後相遇而產生干涉現象。基本方法有:分波陣面法、分振幅法、分振動面法。
好啦,那這邊光學基本知識就先到這吧,下篇文章具體講一講干涉的現象和數學分析。