光电子技术的进展光的本性ppt课件.ppt

4．光盘技术的发展： 光盘储存的优点： 高速、高储存密度、高可靠性、高适应性 光盘储存的发展方向： 短波全光光盘、三维立体储存 一．光的本性 1．光的波粒二象性 光学真正形成一门学科，反射定律和折射定律算起，这两个定律奠定了几何光学的基础。 什么是光? 光的本质是什么? 光是由什么组成的? 人们认识光的本性经过了艰难而又曲折的道路。 法国科学家笛卡儿，生于1596年，是近代科学技术史上一位有多方面成就的伟大学者，其思想影响了整个17世纪。作为近代科学技术史上的伟大科学家，笛卡儿探索了科学技术的众多领域，取得了众多科研成果。 他用微粒子涡动理论说明太阳和行星的运动，发现了光折射基本定律； 证明了宇宙永远保存着同量的运动，提出了运动守恒定律； 虎克和牛頓的關係問題一直充滿了爭論。一般認為，兩人彼此存在較大的敵意。 爭論起源於光學，1672年牛頓在皇家學會闡述自己的觀點，認為白光經過稜鏡產生色散，分成七色光，他將其解釋為不同顏色微粒的混合與分開，遭到主張波動說的虎克的尖銳批評。 牛頓大怒，稱虎克完全沒有理解自己這一劃時代發現的意義，並威脅要離開皇家學會。 牛顿的微粒说， 光是直线传播的微粒流。 17世纪--两种对立的学说。 牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算，现象，“牛顿环”的光学现象等等。 “微粒说”这些微粒从光源飞出，质量极小，忽略重力作用，在真空或均匀媒质中做惯性运动，并且走的是最快速的直线运动路径。 白光是由各种不同颜色的光组成 主張微粒說的牛頓一直將已完成的著作《光學》延遲到虎剋死後才出版，光學出版後，奠定了微粒說的統治地位。 例如，为什么两束光可以彼此交叉通过而互不干扰? 微粒说也面临着许多棘手的问题。 研究牛顿环时，牛顿认识到了光的周期性 牛顿主张中有一个假设，就是媒质中光速比空气中的光速大。 惠更斯的波动说,光是在以太中传播的波动。 惠更斯波动学说，打破了当时流行的光的微粒学说，提出了光波面在媒体中传播的惠更斯原理。 惠更斯设想传播光的以太粒子非常之硬，有极好的弹性，光的传播就像振动沿着一排互相衔接的钢球传递一样，当第一个球受到碰撞，碰撞运动就会以极快的速度传到最后一个球。 光的传播方式与声音类似，不是微粒说所设想的像子弹或箭那样的运动。 微粒说在解释光线从空气进入水中的折射现象时，需要假设； C水C空气 这两种学说都可以解释一定的光学现象（光的反射和折射）。 而波动说需要假设 C水C空气 当时，人们还不能准确地用实验方法测定光速 因而无法根据折射现象去判断它们的优劣。 19世纪，光的干涉、衍射和偏振等现象， 与微粒说格格不入， 增透膜 薄膜干涉 镜面检测 圆屏衍射 圆孔衍射 钢针的衍射 光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波 杨的实验手段极其简单：把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就形成了一个点光源(从一个点发出的光源)。现在在纸后面再放一张纸，不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹， 这个简单巧妙的实验所揭示出来的现象证据确凿，几乎无法反驳。无论微粒怎么样努力，也无法躲开对手的无情轰炸：它就是难以说明两道光叠加在一起怎么会反而造成黑暗。 而波动的理由却是简单而直接的：两个小孔距离屏幕上某点的距离会有所不同。当这个距离是波长的整数值时，两列光波正好互相加强，就形成亮点。反之，当距离差刚好造成半个波长的相位差时，两列波就正好互相抵消，造成暗点。理论计算出的明亮条纹距离和实验值分毫不差。 惠更斯的波动说 惠更斯发展了波动理论。但是由于他把光看成像声波一类的纵波，因此不能解释偏振现象、干涉和衍射现象。 但是光波的本质到底是什么，是像水波？还是像声波呢？ 从这个观念出发，他以严密的数学推理，圆满地解释了光的衍射，并解决了一直以来困扰波动说的偏振问题。 他与D.F.J.阿拉果一起研究了偏振光的干涉，确定了光是横波（1821）；他发现了光的圆偏振和椭圆偏振现象（1823），用波动说解释了偏振面的旋转；他推出了反射定律和折射定律的定量规律，即菲涅耳公式；解释了马吕斯的反射光偏振现象和双折射现象，奠定了晶体光学的基础。 菲涅耳由于在物理光学研究中的重大成就，被誉为“物理光学的缔造者”。 菲涅耳采用了光是一种波动的观点，但是革命性地认为光是一种横波(也就是类似水波那样，振子作相对传播方向垂直运动的波)而不像从胡克以来一直所认为的那样是一种纵波(类似弹簧波，振子作相对传播方向水平运动的波)。 1850年，法国物理学家傅科设计了一面旋转的镜子，让它用一定的速度转动，使它在光线发出并且从一面静止的镜子反射回来的这段时间里，刚好旋转一圈。这样，能够准确地测得光线来回所用的时间