光電子技術(shù)(基礎(chǔ)光學知識)-展示頁
2025-01-06 22:44本頁面
【正文】 Nano Porous Materials Group 波長超過 lmm的電磁波我們統(tǒng)稱為無線電波，其頻率不超過300 MHz。 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的各類電磁波，這里有波長達 104m以上的，也有波長短到 105 nm以下的。頻率愈高，對應(yīng)的波長就越短。這些電磁波從波動特性的角度，本質(zhì)上完全相同，只是波長不同而已。 在國際單位制中，指定 μ0 = 4π 107 H/m，由精密測定 ε0=8. 854 1012 F/m，推算得 c ≈ 3. 0 108m/s。 與此相關(guān)的電磁場的基本性質(zhì)如下： Nano Porous Materials Group (1)在電磁場中，電場矢量 E、磁場矢量 H和傳播方向 k三者相互垂直。 電磁場理論認為，光實際上是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，電磁波的傳播實際上就是將變化的電磁場進行的傳播。 1864年麥克斯韋發(fā)表了“電磁場的動力理論”這一著名論文，建立了描述電磁場變化規(guī)律的麥克斯韋方程組及相關(guān)的理論。 于是，人們對光是具有波動和粒子的雙重性質(zhì)，即光具有波粒二重性取得了較普遍的共識。 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說。 Nano Porous Materials Group 但是，從 19世紀末到 21世紀初，人們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一系列波動理論難以合理解釋的現(xiàn)象，如黑體輻射、原子的線狀光譜和光電效應(yīng)等。這些事實都對波動理論提供了重要的實驗論據(jù)。 19世紀初，楊 (T. Young) 和菲涅耳 (A. J. Fresnel) 等人在研究光的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)波動理論可以解釋這些現(xiàn)象，而微粒理論則無能為力。 由于當時人們還不能準確地用實驗方法測定光速，因而難以根據(jù)折射現(xiàn)象去判斷這兩種學說的優(yōu)劣。 而波動理論則認為，光和聲一樣是一種波動，是由機械振動的傳播而引起的一種波動。 關(guān)于光的本性問題的研究和討論很多，最終可以歸納為兩種不同的學說，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)為代表的波動理論。 光學作為一門學科的真正的發(fā)展約在 17世紀。約在公元前 400多年，中國的《墨經(jīng)》記載了可能是世界上最早的光學實驗以及所獲得的關(guān)于影、針孔成像、鏡面成像、虹霓和月蝕的知識。Nano Porous Materials Group 第二章 光電子技術(shù)的基礎(chǔ)光學知識 — 波粒二重 在日常生活中，光是最為人們所熟悉的東西。 關(guān)于光學的研究大概至少可以追溯到 2023多年前。差不多相同的時期，西方也有不少關(guān)于光學的實驗和研究，公元前 300年，希臘歐幾里得的《反射光學》里就有光的直線傳播性和反射定律的敘述。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)成了幾何光學的基礎(chǔ)。 Nano Porous Materials Group 微粒理論認為，光是由發(fā)光體發(fā)出的光粒子（微粒）流所組成的，這些光微粒具有質(zhì)量，與普通的實物小球一樣遵從相同的力學規(guī)律。盡管這兩種學說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入水中的折射現(xiàn)象時，微粒理論需要假設(shè)水中的光速大于空氣中的光速；而波動理論則需要假設(shè)水中的光速小于空氣中的光速。但由于牛頓在科學界的祟高威望，使得光的微粒理論在很長一段時間內(nèi)占據(jù)著統(tǒng)治地位。 1850年，佛科 (J. B. L. Foucauｈ）用實驗方法測定了水中的光速，證實水中的光速小于空氣中的光速。 19世紀 60年代，麥克斯韋 (J. C. Maxwell ) 建立了電磁場理論，并認為光是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，具有一般電磁波的波動特性，為波動說建立起更為堅實的理論基礎(chǔ)。 以后，人們在努力解釋有關(guān)光和物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象時，越來越多地認識到必須承認光具有粒子特性。 這個光子學說的理論認為，光是具有一定能量和動量的粒子所組成的粒子流，這種遵從嶄新量子力學規(guī)律的粒子稱為光子。 Nano Porous Materials Group 我們已經(jīng)看到，光具有波動性，其波動特性符合電磁波的特征，那么我們有必要再回過頭來認識一下電磁波。 1887年赫茲（ H. Hertz）應(yīng)用電磁振蕩的方法證實了電磁波的客觀存在，并證明了電磁波和光波具有共同特性。若在空間某區(qū)域有變化電場 E (或變化磁場 H)，那么將在鄰近區(qū)域引起磁場 H的變化 (或電場 E的變化），這種變化的電場和磁場相互激發(fā)、相互感生，由近及遠以有限的速度在空間傳播，形成電磁波。 E,H和 k三個矢量的方向成右手螺旋關(guān)系； (2)電磁波是橫波，沿給定方向傳播的電磁波， E與 H的振動方向都是在各自垂直于傳播方向 k的平面內(nèi)，這一特性稱為偏振性； (3)空間各點 E和 H都作周期性變化，并且它們的相位相同； (4)電磁波在真空中
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