光是地球生命的来源之一。光是人类生活的依据。光是人类认识外部世界的工具。光是信息的理想载体或传播媒质。据统计,人类感官收到外部世界的总信息中,至少90%以上通过眼睛。当一束光投射到物体上时,会发生反射、折射、干涉以及衍射等现象。光线在均匀同种介质中沿直线传播。光波,包括红外线,它们的波长比微波更短,频率更高,因此,从电通信中的微波通信向光通信方向发展,是一种自然的也是一种必然的趋势。普通光:一般情况下,光由许多光子组成,在荧光(普通的太阳光、灯光、烛光等)中,光子与光子之间,毫无关联,即波长不一样、相位不一样,偏振方向不一样、传播方向不一样,就象是一支无组织、无纪律的光子部队,各光子都是散兵游勇,不能做到行动一致。光遇到水面、玻璃以及其他许多物体的表面都会发生反射(Reflection)。例:垂直于镜面的直线叫做法线;入射光线与法线的夹角叫做入射角;反射光线与法线的夹角叫做反射角。在反射现象中,反射光线、入射光线和法线都在同一个平面内;反射光线、入射光线分居法线两侧;反射角等于入射角。这就是光的反射定律(Reflection law)。如果让光逆着反射光线的方向射到镜面,那么,它被反射后就会逆着原来的入射光的方向射出。这表明,在反射现象中,光路是可逆的。反射在在物理学中分为两种:镜面反射和漫反射。镜面反射发生在十分光滑的物体表面(如镜面)。两条平行光线能在反射物体上反射过后仍处于平行状态。凹凸不平的表面(如白纸)会把光线向着四面八方反射,这种反射叫做漫反射。大多数反射现象为漫反射。光线从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生偏折,这种现象叫做光的折射(Refraction)。折射光线与法线的夹角叫折射角。如果射入的介质密度大于原本光线所在介质密度,则折射角小于入射角。反之,若小于,则折射角大于入射角。若入射角为0,折射角为零,属于反射的一部分。但光折射还在同种不均匀介质中产生,理论上可以从一个方向射入不产生折射,但因为分不清界线且一般分好几个层次又不是平面,故无论如何看都会产生折射。如从在岸上看平静的湖水的底部属于第一种折射,但看见海市蜃楼属于第二种折射。凸透镜凹透镜这两种常见镜片所产生效果就是因为第一种折射。在折射现象中,光路是可逆的。激光——光学的新天地激光光束中,所有光子都是相互关联的,即它们的频率(或波长)一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致。激光就好像是一支纪律严明的光子部队,行动一致,因而有着极强的战斗力。这就是为什么许多事情激光能做,而阳光、灯光、烛光不能做的主要原因。光源可以分为三种。第一种是热效应产生的光,太阳光就是很好的例子,此外蜡烛等物品也都一样,此类光随着温度的变化会改变颜色。第二种是原子发光,荧光灯灯管内壁涂抹的荧光物质被电磁波能量激发而产生光,此外霓虹灯的原理也是一样。原子发光具有独自的基本色彩。第三种是同步加速器(Synchrotron)发光,同时携带有强大的能量,原子炉发的光就是这种,但是我们在日常生活中几乎没有接触到这种光的机会。光的色散复色光分解为单色光的现象叫光的色散。牛顿在1666年最先利用三棱镜观察到光的色散,把白光分解为彩色光带(光谱)。色散现象说明光在媒质中的速度(或折射率n=c/v)随光的频率而变。光的色散可以用三棱镜,衍射光栅,干涉仪等来实现。白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色光组成的叫做复色光。红、橙、黄、绿等色光叫做单色光。色散:复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。色散可以利用棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现。复色光进入棱镜后,由于它对各种频率的光具有不同折射率,各种色光的传播方向有不同程度的偏折,因而在离开棱镜时就各自分散,形成光谱。dispersion of light介质折射率随光波频率或真空中的波长而变的现象。当复色光在介质界面上折射时,介质对不同波长的光有不同的折射率,各色光因折射角不同而彼此分离。1672年,牛顿利用三棱镜将太阳光分解成彩色光带,这是人们首次作的色散实验。通常用介质的折射率n或色散率dn/dλ与波长λ的关系来描述色散规律。任何介质的色散均可分正常色散和反常色散两种。复色光分解为单色光而形成光谱的现象.让一束白光射到玻璃棱镜上,光线经过棱镜折射以后就在另一侧面的白纸屏上形成一条彩色的光带,其颜色的排列是靠近棱镜顶角端是红色,靠近底边的一端是紫色,中间依次是橙黄绿蓝靛,这样的光带叫光谱.光谱中每一种色光不能再分解出其他色光,称它为单色光.由单色光混合而成的光叫复色光.自然界中的太阳光、白炽电灯和日光灯发出的光都是复色光.在光照到物体上时,一部分光被物体反射,一部分光被物体吸收。透过的光决定透明物体的颜色,反射的光决定不透明物体的颜色。不同物体,对不同颜色的反射、吸收和透过的情况不同,因此呈现不同的色彩。比如一个黄色的光照在一个蓝色的物体上,那个物体显示的是黑色,因为蓝色的物体只能反射蓝色的光,而不能反射黄色的光,所以把黄色光吸收了,就只能看到黑色了。但如果是白色的话,就反射所有的色。光的实质:原子核外电子得到能量 跃迁到更高的轨道上 这个轨道不稳定 还要跃迁回来 跃迁回来释放出的就是一个光子 就是以光的形式向外发出能量 跃迁的能级不同 释放出来的能量不同 光子的波长就不同 光的颜色就不一样了。光到底是什么?是一个值得研究,和必需研究的问题。当今物理学院就已经又达到了一个瓶颈,即相对论与量子论的冲突,光的本质是基本微粒还是像声音一样的波(若是波又在什么介质中传播)对未来研究具有指导性作用。目前比较合理的观点是光既是一种粒子同时又是一种波,具有波粒二象性,就像水滴和水波的关系。所有的光,无论是自然光或人工室内光,都有其特征:1.明暗度:明暗度表示光的强弱。它随光源能量和距离的变化而变化。2.方向:只有一个光源,方向很容易确定。而有多个光源诸如多云天气的漫射光,方向就难以确定,甚至完全迷失。3.色彩:光随不同的光的本源,并随它穿越的物质的不同而变化出多种色彩。自然光的色彩与白炽灯光或电子闪光灯作用下的色彩不同,而且阳光本身的色彩,也随大气条件和一天时辰的变化而变化。说明光在本质上是电磁波的理论。电磁辐射不仅与光相同,并且其反射、折射以及偏振之性质也相同)由麦克斯韦的理论研究表明,空间电磁场是以光速传播。这一结论已被赫兹的实验证实。麦克斯韦,在1865年得出了结论:光是一种电磁现象。按照麦克斯韦的理论c/v=√( ε* μ)式中c为真空中的光速。ν为在介电常数为ε和导磁系数为μ的媒质中的光速,因为c/v=n(折射率),所有n=√( ε* μ)这个关系式给出了物质的光学常数,电学常数和磁学常数之间的关系。当时从上述的公式中看不出n应随着光的波长λ而改变,因而无法解释光的色散现象。后来罗仑兹在1896年创立了电子论,从这一理论看,介电常数ε是依赖于电磁场的频率,即依赖于波长而变的,从而搞清了光的色散现象。光的电磁理论能够说明光的传播、干涉、衍射、散射、偏振等许多现象,但不能解释光与物质相互作用中的能量量子化转换的性质,所以还需要近代的量子理论来补充。