第一章 激光基礎(chǔ) - 光的性質(zhì)
光是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷默F(xiàn)象之一，它不僅使我們能夠看見周圍的世界，還在許多科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中扮演著重要角色。
理解光的基本性質(zhì)對(duì)于掌握激光技術(shù)至關(guān)重要。本節(jié)將詳細(xì)介紹光的基本性質(zhì)，包括光的波動(dòng)性、粒子性、傳播特性和光的速度。
1. 光的波動(dòng)性
光的波動(dòng)性可以追溯到19世紀(jì)初，托馬斯·揚(yáng)的雙縫實(shí)驗(yàn)提供了關(guān)鍵證據(jù)。
實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)光通過兩個(gè)狹縫時(shí)，會(huì)在屏幕上形成干涉條紋，這種現(xiàn)象只能用波動(dòng)理論來解釋。光的波動(dòng)性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
- 干涉現(xiàn)象：當(dāng)兩束相干光（即頻率相同、相位固定的光波）相遇時(shí)，會(huì)相互疊加，形成干涉圖樣。這種現(xiàn)象是光波動(dòng)性的一個(gè)重要特征。
- 衍射現(xiàn)象：光在經(jīng)過狹縫或障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生彎曲并形成衍射圖樣。衍射現(xiàn)象表明光可以繞過障礙物傳播，
并且光的波動(dòng)性在此過程中得到了體現(xiàn)。
- 波長(zhǎng)：光的波長(zhǎng)是指光波中相鄰兩個(gè)波峰或波谷之間的距離。不同波長(zhǎng)的光表現(xiàn)出不同的顏色，波長(zhǎng)越短的光通常對(duì)應(yīng)著紫色，
波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光則對(duì)應(yīng)著紅色。（這里指的都是可見光范圍）
2. 光的粒子性
光的粒子性由愛因斯坦在1905年提出的光量子理論進(jìn)一步發(fā)展。光量子理論認(rèn)為光不僅可以表現(xiàn)為波動(dòng)，還可以表現(xiàn)為粒子，即光子。
光的粒子性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
- 光子：光子是光的基本粒子，具有能量 ( E = hnu )（其中 ( h ) 是普朗克常數(shù)，( nu ) 是光的頻率）。光子沒有靜質(zhì)量，
但它們攜帶能量和動(dòng)量。
- 光電效應(yīng)：愛因斯坦解釋了光電效應(yīng)，即當(dāng)光照射到金屬表面時(shí)，金屬表面會(huì)釋放電子。光電效應(yīng)表明光具有粒子特性，
因?yàn)獒尫烹娮拥倪^程依賴于光子的能量，而非光的強(qiáng)度。
- 康普頓散射：康普頓散射是光子與物質(zhì)中的電子發(fā)生碰撞的現(xiàn)象，光子的能量和動(dòng)量在碰撞過程中發(fā)生變化，這進(jìn)一步驗(yàn)證了光的粒子性。
3. 光的傳播特性
光的傳播特性涉及到光的速度、折射、反射等現(xiàn)象，這些特性在激光技術(shù)和光學(xué)應(yīng)用中都發(fā)揮著重要作用：
- 光速：光在真空中的傳播速度約為 ( 3 times 10^8 ) 米/秒，這一速度被認(rèn)為是宇宙中的最大速度。光速在不同介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)有所變化，
例如在玻璃中光速比在空氣中慢。
- 折射：光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，其傳播方向會(huì)發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為折射。折射的程度取決于介質(zhì)的折射率，
折射率定義為光在真空中的速度與光在該介質(zhì)中的速度之比。
- 反射：光在遇到介質(zhì)的界面時(shí)，會(huì)按照反射定律反射回來。反射定律表明入射光線、反射光線和法線共面，且入射角等于反射角。
- 散射：光在傳播過程中遇到微小顆?；虿灰?guī)則表面時(shí)，會(huì)發(fā)生散射。散射現(xiàn)象是天空呈藍(lán)色的原因，
因?yàn)槎滩ㄩL(zhǎng)的藍(lán)光比長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅光散射得更厲害，根據(jù)光的這一特性，我們發(fā)現(xiàn)能夠過濾480納米以下的鏡片，
可以有效降低光的散射，增加視野的清楚度，而且鏡片的顏色更淺，在光照度低的情況下不會(huì)影響視野。
4. 光的偏振性
光的偏振性指的是光波在特定方向上振動(dòng)的特性。普通光波是非偏振的，即其振動(dòng)方向是隨機(jī)的，
而偏振光則是光波的振動(dòng)方向被限制在某一平面上。偏振現(xiàn)象可通過以下方面理解：
- 線性偏振：光的電場(chǎng)在特定方向上振動(dòng)，稱為線性偏振。這種光可以通過偏振片得到，它只允許某一方向上的光波通過。
- 圓形和橢圓形偏振：光的電場(chǎng)在傳播方向上旋轉(zhuǎn)，形成圓形或橢圓形偏振光。這種偏振光在許多光學(xué)應(yīng)用中有重要用途，
如液晶顯示器中的偏振片。
光的性質(zhì)展示了光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，這為激光技術(shù)的理解和應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
了解光的這些基本性質(zhì)，不僅能幫助我們更好地理解激光的工作原理，還能應(yīng)用于各種實(shí)際問題的解決中。
比如：根據(jù)短波長(zhǎng)的藍(lán)光散射得更厲害這一特性，配戴過濾藍(lán)光的眼鏡可以減少散射增加景物的清晰度，根據(jù)光的偏振性，
偏光墨鏡由此誕生。
