文档介绍：光学基础知识
江西华烨节能照明股份有限公司
制定:2009-10-27
讲师:高攀宁
光的波粒二象性
光一直被认为是最小的物质,虽然它是个最特殊的物质,但可以说探索光的本性也就等于探索物质的本性。历史上,整个物理学正是围绕着物质究竟是波还是粒子而展开的。
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。先熟悉一下有关光的基本知识。
关于光的本性问题,笛卡儿在他《方法论》的三个附录之一《折光学》中提出了两种假说。一种假说认为,光是类似于微粒的一种物质;另一种假说认为光是一种以“以太”为媒质的压力。
1663年,英国物理学家胡克重复了格里马第的试验,并通过对肥皂泡膜的颜色的观察提出了“光是以太的一种纵向波”的假说。根据这一假说,胡克也认为光的颜色是由其频率决定的。 然而1672年,伟大的牛顿在他的论文《关于光和色的新理论》中谈到了他所作的光的色散实验:让太阳光通过一个小孔后照在暗室里的棱镜上,在对面的墙壁上会得到一个彩色光谱。他认为,光的复合和分解就像不同颜色的微粒混合在一起又被分开一样。在这篇论文里他用微粒说阐述了光的颜色理论。第一次波动说与粒子说的争论由“光的颜色”这根导火索引燃了。从此胡克与牛顿之间展开了漫长而激烈的争论。
波动说的支持者,荷兰著名天文学家、物理学家和数学家惠更斯继承并完善了胡克的观点。
1905年3月,爱因斯坦在德国《物理年报》上发表了题为《关于光的产生和转化的一个推测性观点》的论文他认为对于时间的平均值,光表现为波动;对于时间的瞬间值,光表现为粒子性。这是历史上第一次揭示微观客体波动性和粒子性的统一,即波粒二象性。这一科学理论最终得到了学术界的广泛接受。
1921年,爱因斯坦因为"光的波粒二象性"这一成就而获得了诺贝尔物理学奖。
光学的前辈
VS
粒子说波动说
波粒二象性
生命之光-------阳光
1665年,牛顿(Isaac Newton)进行了太阳光实验,让太阳光通过窗板的小圆孔照射在玻璃三角棱镜上,光束在棱镜中折射后,扩散为一个连续的彩虹颜色带,牛顿称之为光谱,表示连续的可见光谱。而可见光谱只是所有电磁波谱中的一小部分。
生命之光-------阳光
三基色的由来
牛顿认为白光(太阳光)使复杂的,由无数种不同的光线混合,各种光线在玻璃中受到不同程度的折射。棱镜没有改变白光而只是将它分解为简单的组成部分,把这些组成部分混合,能够重新恢复原来的白色。利用第二块棱镜可以将扩散的光再次合成为白光。在重新合成之前,通过屏蔽部分光谱,可以产生各种颜色。Young在1802年的实验表明:如果在红、绿、蓝区域选择部分光谱,这三者适当的混合可以再现白光。
后来,Helmholtz成功地定量分析了这种现象。混合物中红、绿、蓝比例的变化可以产生多种颜色,几乎可以产生任何颜色,红色、绿色、蓝色三者等量的混合可以再现白色。所以:红、绿、蓝这三种颜色就称为“三原色”(RGB)。
颜色的度量─CIE1931色度图
CIE:国际照明委员会
明度、色调和饱和度称为颜色视觉三特性。明度就是明亮的程度;色调是由波长决定的色别,如700nm光的色调是红色,579nm光的色调是黄色,510nm光的色调是绿色等等;饱和度就是纯度,没有混入白色的窄带单色,在视觉上就是高饱和度的颜色。光谱所有的光都是最纯的颜色光,加入白色越多,混合后的颜色就越不纯,看起来也就越不饱和。
国际照明委员会(CIE)1931年制定了一个色度图,用组成某一颜色的三基色比例来规定这一颜色,即用三种基色相加的比例来表示某一颜色,并可写成方程式: (C)=R(R)+G(G)+B(B) 式中,(C)代表某一种颜色,(R)、(G)、(B)是红、绿、蓝三基色,R、G、B是每种颜色的比例系数,它们的和等于1,即R+G+B=1,“C”是指匹配即在视觉上颜色相同,如某一蓝绿色可以表达为: (C)=(R)+(G)+(B)
如果是二基色混合,则在三个系数中有一个为零;如匹配白色,则R、G、B应相等。 任何颜色都用匹配该颜色的三基色的比例加以规定,因此每一颜色都在色度图中占有确定的位置。色度图中: X轴色度坐标相当于红基色的比例; Y轴色度坐标相当于绿基色的比例。图中没有Z轴色度坐标(即蓝基色所占的比例),因为比例系数X+Y+Z=1,Z的坐标值可以推算出来,即1一(X+Y)=Z。 国际照委会制定的CIE1931色度图如附图31。色度图中的弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色即光谱轨迹,是光谱各种颜色的色度坐标。红色波段在图的右下部,绿色波段在左上角,蓝紫色波段在图的左下部。图下方的直线部分