光電子技術(shù)(基礎(chǔ)光學(xué)知識(shí))-wenkub
2023-01-19 22:44:50 本頁(yè)面
【正文】 速。盡管這兩種學(xué)說(shuō)都能解釋光的反射和折射現(xiàn)象，但是，在解釋光線從空氣進(jìn)入水中的折射現(xiàn)象時(shí)，微粒理論需要假設(shè)水中的光速大于空氣中的光速；而波動(dòng)理論則需要假設(shè)水中的光速小于空氣中的光速。由 1621年斯涅爾發(fā)現(xiàn)光的折射定律，與早先發(fā)現(xiàn)的光的直線傳播定律和反射定律一起構(gòu)成了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。 關(guān)于光學(xué)的研究大概至少可以追溯到 2023多年前。約在公元前 400多年，中國(guó)的《墨經(jīng)》記載了可能是世界上最早的光學(xué)實(shí)驗(yàn)以及所獲得的關(guān)于影、針孔成像、鏡面成像、虹霓和月蝕的知識(shí)。 關(guān)于光的本性問(wèn)題的研究和討論很多，最終可以歸納為兩種不同的學(xué)說(shuō)，一種是以牛頓 (Newton)為代表的微粒理論，另一種是以惠更斯 (C. Huygens)為代表的波動(dòng)理論。 由于當(dāng)時(shí)人們還不能準(zhǔn)確地用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定光速，因而難以根據(jù)折射現(xiàn)象去判斷這兩種學(xué)說(shuō)的優(yōu)劣。這些事實(shí)都對(duì)波動(dòng)理論提供了重要的實(shí)驗(yàn)論據(jù)。 1900年普朗克（ M. Planck） 提出輻射的量子理論 ,1905年愛因斯坦（ Einstein）發(fā)展了普朗克的量子化假設(shè)，形成了一種全新意義的光子學(xué)說(shuō)。 1864年麥克斯韋發(fā)表了“電磁場(chǎng)的動(dòng)力理論”這一著名論文，建立了描述電磁場(chǎng)變化規(guī)律的麥克斯韋方程組及相關(guān)的理論。 與此相關(guān)的電磁場(chǎng)的基本性質(zhì)如下： Nano Porous Materials Group (1)在電磁場(chǎng)中，電場(chǎng)矢量 E、磁場(chǎng)矢量 H和傳播方向 k三者相互垂直。這些電磁波從波動(dòng)特性的角度，本質(zhì)上完全相同，只是波長(zhǎng)不同而已。 001??Nano Porous Materials Group 圖 Nano Porous Materials Group 表 ,這里涵蓋了目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并得到廣泛利用的不同波長(zhǎng)的各類電磁波，這里有波長(zhǎng)達(dá) 104m以上的，也有波長(zhǎng)短到 105 nm以下的。通過(guò)對(duì)電子線路進(jìn)行調(diào)制，可用來(lái)承載和傳遞各種信息。有意思的是不同波長(zhǎng)的電磁波對(duì)人眼中所呈現(xiàn)的效果是各不相同，隨著波長(zhǎng)的縮短，呈現(xiàn)的感官效果，也可稱為“顏色”依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。我們能以溫度的形式感覺(jué)到部分紅外線的存在。 紫外線波比我們所見的紫色光的波長(zhǎng)短，同樣我們的眼睛也看不見，其波長(zhǎng)范圍在 30 ~ 400nm之間。紫外線有顯著的化學(xué)效應(yīng)和熒光效應(yīng)，可用于醫(yī)療殺菌和照相制版等行業(yè) 。另外 X射線還具有使膠片感光，使熒光屏發(fā)光的特殊能力。 γ射線作為一種更具穿透力的放射線，常用于更高要求的金屬探傷和對(duì)原子核結(jié)構(gòu)的探測(cè)及研究。光波射在非鏡面的介質(zhì)界面上也會(huì)發(fā)生反射，但可能不是全反射，同時(shí)還會(huì)發(fā)生透射和折射等現(xiàn)象。其中 θc滿足 ? sinθc = n2 / n1 () ? 當(dāng) θ1 ＞ θc時(shí)，入射光的能量全部被誡界面反射回光密介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為全反射，如圖 (d) 所示。在自然光中的部分偏振光可以看成是偏振光和非偏振光的混合，用偏振度來(lái)描述。介質(zhì)表面對(duì)垂直和平行入射面的電場(chǎng)分量的反射率均是入射角 θ1的函數(shù)，相互關(guān)系如圖 (c)所示。兩束光干涉所得光強(qiáng)為 ? I = E20l+E202+2E01E02cos (φ2φ1) ? = I1 + I2 +2 cos (φ2φ1) （ ） ? 式中 I為光強(qiáng)度； E為光波的振幅； φ為入射光的角度；本公式的后一項(xiàng)稱為干涉項(xiàng)，它決定了 I可以大于 I1＋ 12，也可以小于 I1＋ 12，具體值由相位差△ φ＝?jīng)Q定： ? ? 當(dāng)兩束光彼此的頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定，疊加在一起就形成了干涉，結(jié)果能使光的強(qiáng)度得到加強(qiáng)，這稱為光的相干相長(zhǎng)現(xiàn)象；也能使光的強(qiáng)度被減去，這稱為光的相干相消現(xiàn)象。 1,177。 2,… ） () ? 或 ? δ=λ(2m + 1) /2 （ m = 0,177。 ? 衍射現(xiàn)象與光的干涉有關(guān)，衍射的本質(zhì)可用惠更斯一菲涅耳原理解釋：光波在介質(zhì)中傳播的各點(diǎn)均可視為產(chǎn)生子波的新波源，同一波面前上的各點(diǎn)發(fā)出的子波傳播到空間某一點(diǎn)時(shí)，各子波間也可以互相疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，由于波面前邊緣各點(diǎn)發(fā)出的子波離開軸心，所以邊緣部分的波發(fā)生某些彎曲，后續(xù)的波前越來(lái)越彎曲，因而發(fā)生了衍射現(xiàn)象。關(guān)于光子的基本性質(zhì)可以歸納為以下幾個(gè)方面： ? （ 1）光子具有能量 E，其能量與一定的光頻率 υ相對(duì)應(yīng)，如式（ ）所示。從固體物理觀點(diǎn)，質(zhì)量可分為靜態(tài)質(zhì)量和動(dòng)態(tài)質(zhì)量?jī)深?。光子學(xué)說(shuō)理論可以解釋光的發(fā)射、光的吸收、光電效應(yīng)等與光和物質(zhì)相互作用有關(guān)的諸多現(xiàn)象。處于同一光子態(tài)的光子彼此之間是不可區(qū)分的。這種高簡(jiǎn)并度的新光源發(fā)出的光，單色亮度高，大量光子處于相同的光子態(tài)，有確定的運(yùn)動(dòng)方向、頻率和偏振，稱之為相干光。 ? 波動(dòng)性和粒子性是光的客觀屬性，兩者總是同時(shí)存在的。有關(guān)光的黑體輻射、吸收光譜和光電效應(yīng)等現(xiàn)象有時(shí)更適合用粒子觀點(diǎn)來(lái)解釋。而光電子學(xué)的研究對(duì)象則是光子（或是與之相關(guān)的載流子）。 ? 2) 光電子作為一種電磁波，其頻率高，粒子性比波動(dòng)性更加明顯。自然光中的白光具有的頻譜成分，如同火花
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