光學(xué)基礎(chǔ)介紹

　　我們通常把光學(xué)分成幾何光學(xué)、物理光學(xué)和量子光學(xué)。

　　幾何光學(xué)是從幾個(gè)由實(shí)驗(yàn)得來的基本原理出發(fā)，來研究光的傳播問題的學(xué)科。它利用光線的概念、折射、反射定律來描述光在各種媒質(zhì)中傳播的途徑，它得出的結(jié)果通?？偸遣▌?dòng)光學(xué)在某些條件下的近似或極限。

　　物理光學(xué)是從光的波動(dòng)性出發(fā)來研究光在傳播過程中所發(fā)生的現(xiàn)象的學(xué)科，所以也稱為波動(dòng)光學(xué)。它可以比較方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向異性的媒質(zhì)中傳插時(shí)所表現(xiàn)出的現(xiàn)象。

　　波動(dòng)光學(xué)的基礎(chǔ)就是經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的麥克斯韋方程組。波動(dòng)光學(xué)不詳論介電常數(shù)和磁導(dǎo)率與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，而側(cè)重于解釋光波的表現(xiàn)規(guī)律。波動(dòng)光學(xué)可以解釋光在散射媒質(zhì)和各向異性媒質(zhì)中傳播時(shí)現(xiàn)象，以及光在媒質(zhì)界面附近的表現(xiàn);也能解釋色散現(xiàn)象和各種媒質(zhì)中壓力、溫度、聲場(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)光的現(xiàn)象的影響。

　　量子光學(xué) 1900年普朗克在研究黑體輻射時(shí)，為了從理論上推導(dǎo)出得到的與實(shí)際相符甚好的經(jīng)驗(yàn)公式，他大膽地提出了與經(jīng)典概念迥然不同的假設(shè)，即“組成黑體的振子的能量不能連續(xù)變化，只能取一份份的分立值”。

　　1905 年，愛因斯坦在研究光電效應(yīng)時(shí)推廣了普朗克的上述量子論，進(jìn)而提出了光子的概念。他認(rèn)為光能并不像電磁波理論所描述的那樣分布在波陣面上，而是集中在所謂光子的微粒上。在光電效應(yīng)中，當(dāng)光子照射到金屬表面時(shí)，一次為金屬中的電子全部吸收，而無需電磁理論所預(yù)計(jì)的那種累積能量的時(shí)間，電子把這能量的一部分用于克服金屬表面對(duì)它的吸力即作逸出功，余下的就變成電子離開金屬表面后的動(dòng)能。

　　這種從光子的性質(zhì)出發(fā)，來研究光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科即為量子光學(xué)。它的基礎(chǔ)主要是量子力學(xué)和量子電動(dòng)力學(xué)。

　　光的這種既表現(xiàn)出波動(dòng)性又具有粒子性的現(xiàn)象既為光的波粒二象性。后來的研究從理論和實(shí)驗(yàn)上無可爭(zhēng)辯地證明了：非但光有這種兩重性，世界的所有物質(zhì)，包括電子、質(zhì)子、中子和原子以及所有的宏觀事物，也都有與其本身質(zhì)量和速度相聯(lián)系的波動(dòng)的特性。

　　應(yīng)用光學(xué) 光學(xué)是由許多與物理學(xué)緊密聯(lián)系的分支學(xué)科組成;由于它有廣泛的應(yīng)用，所以還有一系列應(yīng)用背景較強(qiáng)的分支學(xué)科也屬于光學(xué)范圍。例如，有關(guān)電磁輻射的物理量的測(cè)量的光度學(xué)、輻射度學(xué);以正常平均人眼為接收器，來研究電磁輻射所引起的彩色視覺，及其心理物理量的測(cè)量的色度學(xué);以及眾多的技術(shù)光學(xué)：光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及光學(xué)儀器理論，光學(xué)制造和光學(xué)測(cè)試，干涉量度學(xué)、薄膜光學(xué)、纖維光學(xué)和集成光學(xué)等;還有與其他學(xué)科交叉的分支，如天文光學(xué)、海洋光學(xué)、遙感光學(xué)、大氣光學(xué)、生理光學(xué)及兵器光學(xué)等。