文档介绍：光学基础知识
物理学的一个部门。光学的任务是研究光的本性,光的辐射、
传播和接收的规律;光和其他物质的相互作用(如物质对光的吸收、散射、光的
机械作用和光的热、电、化学、生理效应等)以及光学在科学技术等方面的应用。
17世纪末,牛顿倡立“光的微粒说”。当时,他用微粒说解释观察到的许多光
学现象,如光的直线性传播,反射与折射等,后经证明微粒说并不正确。1678
年惠更斯创建了“光的波动说”。波动说历时一世纪以上,都不被人们所重视,
完全是人们受了牛顿在学术上威望的影响所致。当时的波动说,只知道光线会在
遇到棱角之处发生弯曲,衍射作用的发现尚在其后。1801年杨格就光的另一现象(干涉)作实验(详见词条:杨氏干涉实验)。他让光源S的光照亮一个狭长的缝隙S,这个狭缝就可以看成是一条细长的光源,从这个光源射出的光线再通1
过一双狭缝以后,就在双缝后面的屏幕上形成一连串明暗交替的光带,他解释说
光线通过双缝以后,在每个缝上形成一新的光源。由这两个新光源发出的光波在
抵达屏幕时,若二光波波动的位相相同时,则互相叠加而出现增强的明线光带,
若位相相反,则相互抵消表现为暗带。杨格的实验说明了惠更斯的波动说,也确
定了惠更斯的波动说。同样地,19世纪有关光线绕射现象之发现,又支持了波
动说的真实性。绕射现象只能借波动说来作满意的说明,而不可能用微粒说解释。
20世纪初,又发现光线在投到某些金属表面时,会使金属表面释放电子,这种
现象称为“光电效应”。并发现光电子的发射率,与照射到金属表面的光线强度
成正比。但是如果用不同波长的光照射金属表面时,照射光的波长增加到一定限
度时,既使照射光的强度再强也无法从金属表面释放出电子。这是无法用波动说
解释的,因为根据波动说,在光波的照射下,金属中的电子随着光波而振荡,电
子振荡的振幅也随着光波振幅的增强而加大,或者说振荡电子的能量与光波的振
幅成正比。光越强振幅也越大,只要有足够强的光,就可以使电子的振幅加大到
足以摆脱金属原子的束缚而释放出来,因此光电子的释放不应与光的波长有关。
但实验结果却违反这种波动说的解释。爱因斯坦通过光电效应建立了他的光子学
说,他认为光波的能量应该是“量子化”的。辐射能量是由许许多多分立能量元
组成,这种能量元称之为“光子”。光子的能量决定于方程
E=hν
式中E=光子的能量,单位焦耳
-34h=普朗光常数,?10焦耳?秒
ν=频率。即每秒振动数。ν=c/λ,c为光线的速度,λ为光的波长。现代的观念,则认为光具有微粒与波动的双重性格,这就是“量子力学”的基础。
在研究和应用光的知识时,常把它分为“几何光学”和“物理光学”两部分。适
应不同的研究对象和实际需要,还建立了不同的分支。如光谱学,发光学、光度
学,分子光学、晶体光学,大气光学、生理光学和主要研究光学仪器设计和光学
技术的应用光学等等。
严格地说,光是人类眼睛所能观察到的一种辐射。由实验证明光就
是电磁辐射,
之间。“红外线”。
“紫外线”。红外线和紫外线不能引起视觉,但
可以用光学仪器或摄影方法去量度和探测这种发光物体的存在。所以在光学中光
的概念也可以延伸到红外线和紫外线领域,甚至X射线均被认为是光,而可见光
的光谱只是电磁光谱中的一部分。
物理学上指能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光与紫外线、
红外线和X光线等不可见光)的物体。通常指能发出可见光的发光体。凡物体自
身能发光者,称做光源,又称发光体,如太阳、恒星、灯以及燃烧着的物质等都
是。但像月亮表面、桌面等依靠它们反射外来光才能使人们看到它们,这样的反
射物体不能称为光源。在我们的日常生活中离不开可见光的光源,可见光以及不
可见光的光源还被广泛地应用到工农业,医学和国防现代化等方面。光源主要可
分为:热辐射光源,例如太阳、白炽灯、炭精灯等;气体放电光源,例如,水银
灯、荧光灯等。激光器是一种新型光源,具有发射方向集中、亮度高,相干性优
越和单色性好的特点。
光学中以光的直线传播性质及光的反射和折射规律为基础的学科。它研究一般光学仪器(如透镜、棱镜,显微镜、望远镜、照相机)的成像
与消除像差的问题,以及专用光学仪器(如摄谱仪、测距仪等)的设计原理。严
格说来,光的传播是一种波动现象,因而只有在仪器的尺度远大于所用的光的波
长时,光的直线传播的概念才足够精确。由于几何光学在处理成像问题上比较简
单而在大多数情况下足够精确,所以它是设计光学仪器的基础。
光学中研究光的本性以及光在媒质中传播