光的基本知识

1.1光的解释

光是一种能量形态，它可以从一种物体传播到另一种物体而不需要任何物体
作为媒介。关于光的学术解释大致分为三种:即辐射学 波动学和量子学，而
对光的描述用波动学则最为恰当。
人们早已证实，光的本质是电磁波，而人们可见的光波则是电磁波频谱中很
小的一个波段，它的波长范围在380 nm 到780 nm 之间，波长小于380 nm
的波又分别称为紫外线 X射线和伽马射线，而波长大于380 nm 的波则分别
称为红外线和无线电波。
在可见光的光谱中,从波长380 nm到780 nm,人们眼睛的颜色感觉则是:
由紫->蓝->绿->黄->红。
紫外线的波长范围在1 nm-380 nm之间,红外线的波长范围在780 nm-1mm之间,
紫外线和红外线又别分别称为紫外辐射和红外辐射，它们都不能被人眼感觉
到。波长小于320 nm的紫外辐射对生物组织有害。

1.2光的传播

光的传播速度
光在同一媒介中沿直线传播,在不同媒介中,光的传播速度是不同的,在真空中
的传播速度为30万公里/秒。
光在真空中的传播速度与光在媒介中的传播速度之比值称之为该媒介的折
射率。

光的传播速度=波长x频率

光的频率：
光每秒钟波动的次数，也可以定义为光每秒钟通过某一固定点的波数。

不同波长的光，其频率是不同的，而一波长的光在不同的媒介中其频率是固
定的。但同一种光在不同的媒介中其波长是不同的。

光的镜面反射定律
光在相对于其波长为光滑的界面上所产生的反射为镜面反射。在镜面反射的
情况下：
#入射线 反射线和过入射点的界面法线位于同一平面内
#入射线和界面法线的夹角与反射线和界面法线的夹角相等，并分别位于法线
的两侧。

光的折射定律
光线穿过光滑界面进入第二种媒介时,其传播方向遵循以下规律:
#入射线 折射线和过入射点的界面法线位于同一平面内
#假设入射线和界面法线的夹角为B1,折射线和界面法线的夹角为B2,
入射光线所处的媒介的折射率为n1,折射光线所处的媒介的折射率为n2,则入射
线和折射线分别位于界面法线的两侧且:

n1*sin(B1)=n2*sin(B2)

光的全反射
光线由高折射率媒介进入低折射率媒介,当折射线的折射角B2达到90度时,此时
入射线的入射角B1就被称为折射零界角。
如果光线的入射角大于零界角时,就不会有折射光线了,此时光线被全部反射了,
这种现象被称为全反射。
光纤照明就是利用光的全反射原理设计的。

光的色散
媒介的折射率同光波的频率有关，其效应称为色散。光的色散在光学仪器上得到应用，如光谱仪等。

光的吸收
光在绝对真空中，能量不会被吸收，但在其他媒介中，光有可能转化为热能，也有能转化为化学能或其他能量形式，这种现象称为媒介对光的吸收。某些材料，它可以让特定波长的波通过而将其他波长的波吸收，利用这一特性便可制作滤光片在某种特定条件下，某些媒介对光的吸收为负值，光线通过该媒介时，光强会增加，当然需要给该媒介补充额外的能量，这就是激光器的制造原理。

光的散射
光在不均匀的媒介中传播时，无数杂乱无章的界面会对光进行多次无序的反射和折射，这种现象称为散射。

光的漫反射与漫透射
当光线遇到某一媒介表面，该媒介表面的粗糙度与光的波长接近或略大于时光的波长时，光线便会向四面八方散开，散开的光线有的回到原媒介，称为漫反射，有的进入该媒介，称为漫透射
光的偏振
光波有垂直于光传播方向的电场,对每一个光波,都有一个由场方向和传播方向组成的平面,那就是波的偏振面.大多数光源发出的光都是非偏振光,这种光波的扁振面是杂乱无章的。某些透明晶体仅对便振面在某一特定方向上的光波有透射，通过这种晶体透射出光，称为偏振光。
汽车挡风玻璃 照相机和摄像机的取景镜头 防眩光目镜等都有利用光的便振原理。

光的干涉现象
当两个波长相同，相位固定的波相遇时，同相位的光波会相互叠加而异相位的光波则相互抵消，这种现象就是光的干涉。利用光的干涉原理，在照明应用上，可以产生明暗相间的照明效果。

光的衍射
光线绕着障碍物边缘发生弯曲的现象，称为光的衍射光谱分析仪就是利用光的干涉和衍射原理制作的

光的量子理论
光的波动学可以完美描述光的传播过程，但不能正确解释光的发射和吸收。于是便有了光的量子理论。当光或其他形式的电磁辐射发射和吸收时，总含有被称为量子的分立能量值，一个光能量的量子称为一个光子，它所携带的能量与其频率成正比。

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