文档介绍：第1章光学基础知识与光辐射
光子的粒子性表现为和物质相互作用时不像经典
电磁波那样可以传递任意值的能量，其只能传递量子
化的能量。描述光子粒子性特征的物理量是能量和动
量P。光是以光速运动的粒子（或光子）流，每一个
光子的能量是：±1, ±2,…)
当：
则：
称为相长干涉，呈现亮条纹
当：
则：
称为相消干涉，呈现暗条纹
实现光的干涉两种方法
1—分波面法；2—分振幅法
光的干涉
迈克尔逊干涉仪
1—激光；2—扩束透镜；3—半反射膜
光的干涉
当光在传播过程中遇到障碍物时，光会绕过障碍区而进入几何阴
影区，这种现象称为光的衍射现象。
光的衍射可以用惠更斯—菲涅尔原理解释：波面上的任一点都可看
成能向外发射子波的子波源，波面前方空间某一点的振动就是到达
该点的所有子波的相互叠加。
在定量计算和分析子波干涉在某点所产生的效果时，要考虑波面是
平面波还是球面波以及在多远的地方观察衍射图样等问题。
光的衍射
两类衍射
（a）菲涅尔衍射；（b）夫琅禾费衍射
光的衍射
根据光源、障碍物和观察屏三者的相对位置将衍射分为两大类：菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。菲涅尔衍射指光源和观察屏（或其中之一）离障碍物为有限远时所产生的衍射；夫琅禾费衍射指光源和观察屏离障碍物的距离为无限远时所产生的衍射。
两个透镜实现了“无限远”的条件，衍射图样是一组平行于狭缝的
明暗相间的条纹。位于中央的条纹为亮条纹，宽度最宽而且最亮，
称为中央明纹，其它条纹对称地分布在中央明纹两侧。单缝衍射
的明纹公式为：
（k =1, 2, …）
利用实验方法实现夫琅禾费衍射
光的衍射
单缝衍射
圆孔衍射图样是一系列明暗相间的同心圆环，中央是一个亮斑，称为艾里斑。
分布在艾里斑上的光能大约占通过圆孔总光能的84%。在圆孔的夫琅禾费衍
射中，艾里斑的直径通常都很小，所以角半径也很小，利用惠更斯-基尔霍夫
公式可以算出第一暗环衍射角满足θ：
D为通光孔径。艾里斑规定了光学仪器的分辨率极限，由上式可知提高
光学仪器分辨本领的基本途径是：
加大物镜的通光孔径D
采用较短的工作波长
光的衍射
艾里斑
光的干涉和衍射现象体现了光的波动性，但不能充分证明光波到底
是横波还是纵波。
光的偏振现象充分说明了光波是横波。
普通光源发出的光是大量分子或原子自发辐射的电磁波，含有各种不同
的频率成分和各种不同振动方向的光矢量。
若光矢量的振动在各个方向上出现的概率相等、时间平均值相同且各个
光振动之间没有固定的相位关系，这样的光称为自然光。
如果空间传播的电磁波，其电场矢量在某一特殊的平面内振动，则称这
种电磁波为完全偏振波或线偏振波。
光的偏振
光的偏振
由自然光得到偏振光的过程称为起偏，所用器件为起偏器；检查某
光束是否为线偏振光的过程称为检偏振，所用器件为检偏器。
常见的起偏方式主要有两种：一是由双折射获得偏振光；二是利用
反射获得偏振光。
当一束光以任意入射角 i1入射到两种各向同性的介质的分界面上而
发生反射和折射时，其反射光一般都变为部分偏振光。当入射角i1
等于某一特定的角 ib 时则反射光成为线偏振光，且其光振动垂直
于入射面。
由反射获得线偏振光
（a）一般入射角下的反射和折射；（b）布儒斯特角下的反射和折射
光的偏振
而：
布儒斯特定律
Ib：布儒斯特角
设入射和折射介质的折射率分别为n1和n2，ib与折射角i2的关系为：
光的偏振
则：
对于光辐射的探测和计量，存在着辐射度单位和光度学
单位两套不同的单位体系。
辐射度学量是用能量单位描述光辐射能的客观物理量，
适用于整个电磁波段，其基本量是辐射通量或辐射能。
光度学量描述光辐射能为人眼接受所引起的视觉刺激
大小的强度，适用于可见光波段，其基本量是发光强度。
辐射度学和光度学基础
辐射度学是测量电磁波所传递的能量或测量与这一能量特征有关的
其它物理量的科学技术。辐射度学量表示辐射能的大小，基本量是辐射
功率或辐射通量，单位是瓦特（W）。
辐射度学适用于整个电磁波谱，主要用于X光、紫外光、红外光以及其他
非可见的电磁辐射。
在光辐射测量中，常用的几何量是立体角。任一光源发射的光能量都
是辐射在周围一定空间内。所以在进行有关光辐射的讨论和计算时，也将
是一个立体空间的问题。与平面角度相似，可把整个空间以某一点为
中心划分为若干立体角。
辐射量
立体角示意图
立体角的定义是：被立体角所切割的球面面积除
以球半径的