第9章 光 学
2025年09月26日
第9章 光 学
人类很早就开始对光进行观察和研究,并在实践过程中逐渐积累了丰富的光学相关的知识,使光学成为物理学中发展最早的分支之一。我国古代学者在光学研究上有过杰出贡献,早在2 400年前的《墨经》里就系统地记载了光的直进、影的形成、光的反射、平面和球面镜成像等现象。到了17世纪,人们就光的本性曾提出两种观点:一种观点认为光是从光源飞出来的微粒流;另一种观点认为光是一种机械波,这两种观点各自都能解释现象,也各自都有难以说明的问题。直到19世纪中期电磁理论获得很大发展,人们才从干涉、衍射和偏振现象及其规律中,认识到光是一种电磁波。从光是波动的观点出发,可以认为光的直线传播只是一种近似情况。当涉及光与物质的相互作用问题时,人们又发现了一些无法用光的波动理论进行解释的新现象,只有从光的量子性出发才能说明,即假定光是具有一定质量、能量和动量的粒子所组成的粒子流,这种粒子称为光子。从19世纪末到20世纪初,一方面光被确认是电磁波,具有波动的特性,另一方面光被确认为具有量子性。由此,人们得出了关于光的本质的正确理论——光具有波粒二象性。
我们在研究光学时,一般以光的直线传播、反射、折射以及成像等规律为基础的光学部分称为几何光学;把研究光的干涉、衍射和偏振等规律的部分称为波动光学;以光和物质相互作用时显示的粒子性为基础来研究的光学,称为量子光学。波动光学与量子光学又统称为物理光学。
本章首先以光的直线传播定律为基础,重点讲述光的反射、折射、全反射以及一些常见光学元件的成像原理和工作过程,并解释一些常见的光学现象。之后,依据波动光学理论,以光的波动性质为基础,研究光的干涉及其规律。