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[色度] 波動(dòng)光學(xué)-基礎(chǔ)介紹

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try008 發(fā)表于 2007-7-18 19:15:47 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
波動(dòng)光學(xué)

以波動(dòng)理論研究光的傳播及光與物質(zhì)相互作用的光學(xué)分支。17世紀(jì),R.胡克和C.惠更斯創(chuàng)立了光的波動(dòng)說。惠更斯曾利用波前概念正確解釋了光的反射定律、折射定律和晶體中的雙折射現(xiàn)象。這一時(shí)期,人們還發(fā)現(xiàn)了一些與光的波動(dòng)性有關(guān)的光學(xué)現(xiàn)象,例如F.M.格里馬爾迪首先發(fā)現(xiàn)光遇障礙物時(shí)將偏離直線傳播,他把此現(xiàn)象起名為“衍射”。胡克和R.玻意耳分別觀察到現(xiàn)稱之為牛頓環(huán)的干涉現(xiàn)象。這些發(fā)現(xiàn)成為波動(dòng)光學(xué)發(fā)展史的起點(diǎn)。17世紀(jì)以后的一百多年間,光的微粒說(見光的二象性)一直占統(tǒng)治地位,波動(dòng)說則不為多數(shù)人所接受,直到進(jìn)入19世紀(jì)后,光的波動(dòng)理論才得到迅速發(fā)展。

1800年,T.楊提出了反對(duì)微粒說的幾條論據(jù),首次提出干涉這一術(shù)語,并分析了水波和聲波疊加后產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。楊于1801年最先用雙縫演示了光的干涉現(xiàn)象(見楊氏實(shí)驗(yàn)),第一次提出波長概念,并成功地測量了光波波長。他還用干涉原理解釋了白光照射下薄膜呈現(xiàn)的顏色。1809年E.L.馬呂斯發(fā)現(xiàn)了反射時(shí)的偏振現(xiàn)象(見布儒斯特定律),隨后A.-J.菲涅耳和D.F.J.阿拉戈利用楊氏實(shí)驗(yàn)裝置完成了線偏振光的疊加實(shí)驗(yàn),楊和菲涅耳借助于光為橫波的假設(shè)成功地解釋了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。1815年,菲涅耳建立了惠更斯-菲涅耳原理,他用此原理計(jì)算了各種類型的孔和直邊的衍射圖樣,令人信服地解釋了衍射現(xiàn)象。1818年關(guān)于阿拉戈斑(見菲涅耳衍射)的爭論更加強(qiáng)了菲涅耳衍射理論的地位。至此,用光的波動(dòng)理論解釋光的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象時(shí)均獲得了巨大成功,從而牢固地確立了波動(dòng)理論的地位。

19世紀(jì)60年代,J.C.麥克斯韋建立了統(tǒng)一電磁場理論,預(yù)言了電磁波的存在并給出了電磁波的波速公式。隨后H.R.赫茲用實(shí)驗(yàn)方法產(chǎn)生了電磁波。光與電磁現(xiàn)象的一致性使人們確信光是電磁波的一種,光的古典波動(dòng)理論與電磁理論融成了一體,產(chǎn)生了光的電磁理論。把電磁理論應(yīng)用于晶體,對(duì)光在晶體中的傳播規(guī)律給出了嚴(yán)格而圓滿的解釋。19世紀(jì)末,H.A.洛倫茲創(chuàng)立了電子論,他把物質(zhì)的宏觀性質(zhì)歸結(jié)為構(gòu)成物質(zhì)的電子的集體行為,電磁波的作用使帶電粒子產(chǎn)生受迫振動(dòng)并產(chǎn)生次級(jí)電磁波,根據(jù)這一模型解釋了光的吸收、色散和散射等分子光學(xué)現(xiàn)象。這種經(jīng)典的電磁理論并非十全十美,因在關(guān)于光與物質(zhì)相互作用的問題上涉及微觀粒子的行為,必須用量子理論才能得到徹底的解決。

波動(dòng)光學(xué)的研究成果使人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)得到了深化。在應(yīng)用領(lǐng)域,以干涉原理為基礎(chǔ)的干涉計(jì)量術(shù)為人們提供了精密測量和檢驗(yàn)的手段(見干涉儀),其精度提高到前所未有的程度;衍射理論指出了提高光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)的途徑(見夫瑯和費(fèi)衍射);衍射光柵已成為分離光譜線以進(jìn)行光譜分析的重要色散元件;各種偏振器件和儀器用來對(duì)巖礦晶體進(jìn)行檢驗(yàn)和測量,等等。所有這些構(gòu)成了應(yīng)用光學(xué)的主要內(nèi)容。

20世紀(jì)50年代開始,特別在激光器問世后,波動(dòng)光學(xué)又派生出傅里葉光學(xué)、纖維光學(xué)和非線性光學(xué)等新分支,大大地?cái)U(kuò)展了波動(dòng)光學(xué)的研究和應(yīng)用范圍。
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