光電子技術(shù)(基礎(chǔ)光學(xué)知識)課件

1、Nano Porous Materials Group第二章第二章 光電子技術(shù)的基礎(chǔ)光學(xué)知識光電子技術(shù)的基礎(chǔ)光學(xué)知識2.1光的基本屬性光的基本屬性波粒二重波粒二重在日常生活中，光是最為人們所熟悉的東西。關(guān)于光學(xué)的研究大概至少可以追溯到2000多年前。約在公元前400多年，中國的墨經(jīng)記載了可能是世界上最早的光學(xué)實驗以及所獲得的關(guān)于影、針孔成像、鏡面成像、虹霓和月蝕的知識。差不多相同的時期，西方也有不少關(guān)于光學(xué)的實驗和研究，公元前300年，希臘歐幾里得的反射光學(xué)里就有光的直線傳播性和反射定律的敘述。 光學(xué)作為一門學(xué)科的真正的發(fā)展約在17世紀。由1621年斯涅爾發(fā)現(xiàn)光的折射定律，與早先發(fā)現(xiàn)的光的直線

2、傳播定律和反射定律一起構(gòu)成了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。關(guān)于光的本性問題的研究和討論很多，最終可以歸納為兩種不同的學(xué)說，一種是以牛頓(Newton)為代表的微粒理論，另一種是以惠更斯(C. Huygens)為代表的波動理論。Nano Porous Materials Group微粒理論認為，光是由發(fā)光體發(fā)出的光粒子（微粒）流所組成的，這些光微粒具有質(zhì)量，與普通的實物小球一樣遵從相同的力學(xué)規(guī)律。而波動理論則認為，光和聲一樣是一種波動，是由機械振動的傳播而引起的一種波動。盡管這兩種學(xué)說都能解釋光的反射和折射現(xiàn)象，但是，在解釋光線從空氣進入水中的折射現(xiàn)象時，微粒理論需要假設(shè)水中的光速大于空氣中的光速；而波動理論

3、則需要假設(shè)水中的光速小于空氣中的光速。由于當(dāng)時人們還不能準確地用實驗方法測定光速，因而難以根據(jù)折射現(xiàn)象去判斷這兩種學(xué)說的優(yōu)劣。但由于牛頓在科學(xué)界的祟高威望，使得光的微粒理論在很長一段時間內(nèi)占據(jù)著統(tǒng)治地位。 19世紀初，楊 (T. Young) 和菲涅耳 (A. J. Fresnel) 等人在研究光的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)波動理論可以解釋這些現(xiàn)象，而微粒理論則無能為力。1850年，佛科 (J. B. L. Foucau）用實驗方法測定了水中的光速，證實水中的光速小于空氣中的光速。這些事實都對波動理論提供了重要的實驗論據(jù)。 19世紀60年代，麥克斯韋 (J. C. Maxwell ) 建立

4、了電磁場理論，并認為光是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，具有一般電磁波的波動特性，為波動說建立起更為堅實的理論基礎(chǔ)。 Nano Porous Materials Group 但是，從19世紀末到21世紀初，人們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一系列波動理論難以合理解釋的現(xiàn)象，如黑體輻射、原子的線狀光譜和光電效應(yīng)等。以后，人們在努力解釋有關(guān)光和物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象時，越來越多地認識到必須承認光具有粒子特性。1900年普朗克（M. Planck） 提出輻射的量子理論,1905年愛因斯坦（Einstein）發(fā)展了普朗克的量子化假設(shè)，形成了一種全新意義的光子學(xué)說。這個光子學(xué)說的理論認為，光是具有一定能量和動量的粒子所組成的粒子流，

5、這種遵從嶄新量子力學(xué)規(guī)律的粒子稱為光子。于是，人們對光是具有波動和粒子的雙重性質(zhì)，即光具有波粒二重性取得了較普遍的共識。 Nano Porous Materials Group 2.2光是一種電磁波光是一種電磁波我們已經(jīng)看到，光具有波動性，其波動特性符合電磁波的特征，那么我們有必要再回過頭來認識一下電磁波。1864年麥克斯韋發(fā)表了“電磁場的動力理論”這一著名論文，建立了描述電磁場變化規(guī)律的麥克斯韋方程組及相關(guān)的理論。1887年赫茲（H. Hertz）應(yīng)用電磁振蕩的方法證實了電磁波的客觀存在，并證明了電磁波和光波具有共同特性。電磁場理論認為，光實際上是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，電磁波的傳播實際上就

6、是將變化的電磁場進行的傳播。若在空間某區(qū)域有變化電場E (或變化磁場H)，那么將在鄰近區(qū)域引起磁場H的變化 (或電場E的變化），這種變化的電場和磁場相互激發(fā)、相互感生，由近及遠以有限的速度在空間傳播，形成電磁波。 與此相關(guān)的電磁場的基本性質(zhì)如下： Nano Porous Materials Group(1)在電磁場中，電場矢量在電磁場中，電場矢量E、磁場矢量、磁場矢量H和傳播方向和傳播方向k三者相互垂直。三者相互垂直。E,H和和k三個三個矢量的方向成右手螺旋關(guān)系；矢量的方向成右手螺旋關(guān)系； (2)電磁波是橫波，沿給定方向傳播的電磁波，電磁波是橫波，沿給定方向傳播的電磁波，E與與H的振動方向都是

7、在各自垂直于的振動方向都是在各自垂直于傳播方向傳播方向k的平面內(nèi)，這一特性稱為偏振性；的平面內(nèi)，這一特性稱為偏振性； (3)空間各點空間各點E和和H都作周期性變化，并且它們的相位相同；都作周期性變化，并且它們的相位相同；(4)電磁波在真空中的傳播速度為電磁波在真空中的傳播速度為 c = (2.1)式中：式中：0為真空中的介電常數(shù)；為真空中的介電常數(shù)；0為真空中的磁導(dǎo)率。為真空中的磁導(dǎo)率。在國際單位制中，指定在國際單位制中，指定0 = 410-7 H/m，由精密測定，由精密測定0=8. 854 10-12 F/m，推，推算得算得c 3. 0 108m/s。 電磁波的波譜范圍很廣，包括無線電波、紅

8、外線、可見光、紫外線、射線和電磁波的波譜范圍很廣，包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、射線和Y射線等。這些電磁波從波動特性的角度，本質(zhì)上完全相同，只是波長不同而已。射線等。這些電磁波從波動特性的角度，本質(zhì)上完全相同，只是波長不同而已。真空中電磁波的波長真空中電磁波的波長與頻率與頻率的關(guān)系為的關(guān)系為 = c / （2.2）真空中電磁波的傳播速度真空中電磁波的傳播速度c 3. 0 108m/s為常量，所以頻率不同的電磁波在真為常量，所以頻率不同的電磁波在真空中具有不同的波長。頻率愈高，對應(yīng)的波長就越短。按照電磁波頻率或波長的空中具有不同的波長。頻率愈高，對應(yīng)的波長就越短。按照電磁波頻率或波長的順

9、序可以排列起一電磁波譜圖，如圖順序可以排列起一電磁波譜圖，如圖2.1所示。所示。 001Nano Porous Materials Group圖2.1電磁波及可見光波長分布Nano Porous Materials Group表2.1列出了電磁波段的詳細劃分及用途,這里涵蓋了目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并得到廣泛利用的不同波長的各類電磁波，這里有波長達104m以上的，也有波長短到10-5 nm以下的。下面對各種不同性質(zhì)的電磁波分別作簡單的介紹。電磁波譜主要形成手段波長范圍頻率范圍/MHz目前的主要應(yīng)用無線電波長波電子線路330km0.010.1越洋長距離通訊、導(dǎo)航中波200m3km0.11.5AM廣播、電報通

10、訊短波10200m1.530AM廣播、電報通訊超短波110m30300FM廣播、電視、導(dǎo)航微波行波管、調(diào)速管、磁控管1mm1m3003105電視、雷達、導(dǎo)航光波紅外線熱體激光0.76um1mm31054108雷達、導(dǎo)航、光線通信可見光電弧燈0.400.76um(47.5)108紫外線汞燈0.030.40um7.5(1081010)醫(yī)用、照相制版X射線X射線管0.1nm0.03um101031012醫(yī)用、探傷、物相分析射線加熱器1.0pm0.1nm3(10121014)探傷、物相結(jié)構(gòu)分析Nano Porous Materials Group波長超過lmm的電磁波我們統(tǒng)稱為無線電波，其頻率不超過3

11、00 MHz。除了自然界本身具有的以外，我們通常研究和使用的無線電波主要是由包括各類晶體管等元器件制作的特定的電子線路產(chǎn)生，因此頻率的純度可以是很高。通過對電子線路進行調(diào)制，可用來承載和傳遞各種信息。百多年來無線電波已被廣泛地應(yīng)用于無線電廣播、電視、移動電話、衛(wèi)星轉(zhuǎn)播、雷達和電磁爐等眾多領(lǐng)域，已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的東西。 無線電波我們無法用肉眼直接看見，而我們所討論的可見光卻是我們睜開眼睛就能見到的。可見光其實也是電磁波，但只占整個電磁波譜中很小的一部分，只有波長范圍在400 760 nm之間的電磁波能使人眼產(chǎn)生光的感覺。有意思的是不同波長的電磁波對人眼中所呈現(xiàn)的效果是各不相同，隨著波長

12、的縮短，呈現(xiàn)的感官效果，也可稱為“顏色”依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。我們?nèi)粘８惺艿降陌坠鈩t是各種顏色的可見光的混合，也即是400 760 nm之間的電磁波的混合。Nano Porous Materials Group紅外線波比紅光的波長長，一般看不見，波長在0. 76um 1 mm之間?？杀患毞譃榻t外、中紅外、遠紅外和極遠紅外幾個部分。我們能以溫度的形式感覺到部分紅外線的存在。自然界中凡是溫度高于絕對零度的物體都會發(fā)射出各自特定的紅外線，這個特性對于觀察和測定肉眼看不見的對象具有特殊的意義。利用目標和背景溫度及物體發(fā)射紅外線能力的差異可做成各種的紅外線傳感儀器，對目標進行探測、跟蹤、搜

13、索及成像，并能直接反映物體的溫度分布、空間方位及運動狀態(tài)等若干特征參量。目前紅外技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于軍事、科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和日常生活等各個領(lǐng)域。 紫外線波比我們所見的紫色光的波長短，同樣我們的眼睛也看不見，其波長范圍在30 400nm之間。它也可以進一步按照波長由長到短細分為近紫外、遠紫外和極遠紫外三部分。熾熱物體的溫度很高時，除了輻射紅外線外還會輻射紫外線。太陽光中有大量紫外線，人工制造的汞燈中也能發(fā)射出大量紫外線。紫外線有顯著的化學(xué)效應(yīng)和熒光效應(yīng)，可用于醫(yī)療殺菌和照相制版等行業(yè)。 Nano Porous Materials Group 比紫外線的波長更短的電磁波被稱為X射線，其波長

14、范圍在0.1 30 nm之間。除了自然界本身具有的以外，可以用高速電子流轟擊原子中的內(nèi)層電子而產(chǎn)生X射線，從X射線管發(fā)射出來。X射線由于波長短，具有很強的穿透能力，它透過各種物體的本領(lǐng)與組成物質(zhì)的原子量有關(guān)。另外X射線還具有使膠片感光，使熒光屏發(fā)光的特殊能力。利用X射線的這些性質(zhì)可透視人體內(nèi)部的病變，可檢查金屬部件的內(nèi)傷和分析物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，并留下可供查閱的照片。 波長在1.0 pm 0.1 nm之間的電磁波被稱為射線。射線是放射性原子衰變或用高能粒子與原子核碰撞時所發(fā)出的一種波長極短的電磁波。射線作為一種更具穿透力的放射線，常用于更高要求的金屬探傷和對原子核結(jié)構(gòu)的探測及研究。 Nano Po

15、rous Materials Group 2.3 光傳播的的一些基本現(xiàn)象光傳播的的一些基本現(xiàn)象 可見光是一種波長很短的電磁波，靠著電磁場在空間中傳播，電磁場的傳播具有波動性。應(yīng)用光的電磁理論，能解釋光的反射、折射、干涉、衍射、偏振和雙折射等與光的傳播特性有關(guān)的現(xiàn)象。 2.3.1反射、全反射、折射反射、全反射、折射 當(dāng)光波照射在鏡面上會發(fā)生反射，光在鏡面上的反射接近于全反射。光波射在非鏡面的介質(zhì)界面上也會發(fā)生反射，但可能不是全反射，同時還會發(fā)生透射和折射等現(xiàn)象。這些物理現(xiàn)象均遵從界面波前匹配、相位相等的原則，并可推導(dǎo)出反射定律與折射定律。 光波射到鏡面或介質(zhì)界面上時，會有光波發(fā)生折回原介質(zhì)中的方

16、向轉(zhuǎn)折過程，稱為光的反射，如圖2.2 (a）所示，滿足反射定律： 1)反射光位于入射光與界面法線所決定的平面內(nèi)； 2)反射角1 等于入射角/1，即 1 = /1 （2-3） Nano Porous Materials Group 光波射在介質(zhì)界面上時，一部分光波會被界面反射（遵從反射定律），另一部分光波則會進入界面。若進入界面后這部分光在前進的方向上發(fā)生改變，形成折射現(xiàn)象，如圖2.2(b)所示，折射光線滿足如下定律： 1)折射光線位于界面法線與入射光線所決定的平面內(nèi)； 2）折射角滿足 n1sin1 = n2sin2 (2.4) 當(dāng)n1n2時，入射光的能量逐漸增大1角會反射，當(dāng)1增加到c時，如圖

17、2.2（c）所示，2 = 90，其中c滿足 sinc = n2 / n1 (2.5) 當(dāng)1 c時，入射光的能量全部被誡界面反射回光密介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為全反射，如圖2.2 (d) 所示。 Nano Porous Materials Group圖2.2光的反射、全反射、折射現(xiàn)象Nano Porous Materials Group 2.3.2 偏振偏振 在空間傳播的電磁波，其電場矢量在某一特殊的平面內(nèi)振動，就稱這種電磁波為平面偏振波或線偏振波。許多實際的光束都是由許多個別的光波合成的，合成光波方向不斷變化，大多數(shù)情況下這些個別光波的電場矢量取向都是任意的，因而光束是非偏振的。實際中的自然光，其光源

18、包含各個方向上平均振幅相等的電場矢量。在自然光中的部分偏振光可以看成是偏振光和非偏振光的混合，用偏振度來描述。Nano Porous Materials Group由自然光得到偏振光的過程稱為起偏，所用器件為起偏器，常見起偏方式有以下幾種： （1）基于晶體雙折射原理的起偏，這是最有效的一種起偏方式，我們將在以后關(guān)于晶體光學(xué)與光調(diào)制的章節(jié)中加以詳細討論。 (2)布儒斯特（Brewster）角起偏，這是利用光在界面上的反射與吸收過程使自然光起偏，以獲得偏振光的一種方式。如圖2.3所示，當(dāng)自然光入射到折射率分別為nl ，n2的兩種介質(zhì)界面上時，若將入射光分為平行和垂直入射面的兩部分振動，其反射光和折

19、射光都變成了部分偏振光。介質(zhì)表面對垂直和平行入射面的電場分量的反射率均是入射角1的函數(shù)，相互關(guān)系如圖2.3 (c)所示。尤其是在某一特定角1 = B時，平行分量的反射率為0，反射部分只剩下垂直分量，成為線偏光，這一角度B稱為布儒斯特角。根據(jù)斯涅耳（Snell）定理此時，反射光與折射光互相垂直，于是可得 sinB = n2 / n1 (2.6)這成為布儒斯特定律。Nano Porous Materials Group 圖2.3 反射與吸收起偏Nano Porous Materials Group 2.3.3 干涉和衍射干涉和衍射 當(dāng)兩束光彼此的頻率相同、振動方向相同、相位相同或相位差恒定，就形成

20、了干涉。兩束光干涉所得光強為 I = E20l+E202+2E01E02cos (2-1) = I1 + I2 +2 cos (2-1) （2.7）式中I為光強度；E為光波的振幅；為入射光的角度；本公式的后一項稱為干涉項，它決定了I可以大于I112，也可以小于I112，具體值由相位差決定： 當(dāng)兩束光彼此的頻率相同、振動方向相同、相位相同或相位差恒定，疊加在一起就形成了干涉，結(jié)果能使光的強度得到加強，這稱為光的相干相長現(xiàn)象；也能使光的強度被減去，這稱為光的相干相消現(xiàn)象。兩束光干涉相長的條件是 = 2/ = 2 m （m = 0,1,2,） (2.8a)或 = m （m = 0,1,2,） (2.

21、8b)式中，為光程差。 Nano Porous Materials Group 兩束光干涉相消的條件是 = (2m +1) （m = 0,1,2,） (2.9a) 或 =(2m + 1) /2 （m = 0,1,2,） (2.9b) 光線不僅會直射，也會繞射。把不透明的物體放在光源和觀察屏之間，就會發(fā)現(xiàn)投射在屏幕上的影子并不十分清晰，這種使光繞過障礙物，進入幾何陰影區(qū)的現(xiàn)象稱為光的衍射。 衍射現(xiàn)象與光的干涉有關(guān)，衍射的本質(zhì)可用惠更斯一菲涅耳原理解釋：光波在介質(zhì)中傳播的各點均可視為產(chǎn)生子波的新波源，同一波面前上的各點發(fā)出的子波傳播到空間某一點時，各子波間也可以互相疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，由于波面前邊

22、緣各點發(fā)出的子波離開軸心，所以邊緣部分的波發(fā)生某些彎曲，后續(xù)的波前越來越彎曲，因而發(fā)生了衍射現(xiàn)象。Nano Porous Materials Group 2.4 光也是一種粒子光也是一種粒子光子光子 人們在解釋黑體輻射、光電效應(yīng)等涉及到光和其它形式的物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象時，逐漸認識到光也可以是一種粒子，光不僅具有波動的特性，同時也具有粒子的特性。根據(jù)這樣的認識導(dǎo)致出現(xiàn)了光子學(xué)說。光子學(xué)說理論認為，光是由一群以光速c運動的光量子（簡稱光子）所組成。關(guān)于光子的基本性質(zhì)可以歸納為以下幾個方面： （1）光子具有能量E，其能量與一定的光頻率相對應(yīng)，如式（2.10）所示。 E = h （2.10）式中：h為

23、普朗克常數(shù)，h = 6. 626 10-34Js。 （2）光子具有質(zhì)量。從固體物理觀點，質(zhì)量可分為靜態(tài)質(zhì)量和動態(tài)質(zhì)量兩類。光子靜態(tài)質(zhì)量為零，光子動態(tài)質(zhì)量m與光子能量E（或光的波長）的關(guān)系為 m = E / c2 = h/ c2 = h / c （2.11） (3)光子具有動量p，其動量與光波長 有關(guān)，或者與傳播方向k有關(guān)，可表示為p = n0h / = k （2.12） 式中：n0為光子行進方向上的單位矢量； = h / 2；k = n0(2 /)。 (4)光子具有自旋的特性，其自旋的量子數(shù)為整數(shù)，所以光子的集合服從玻色一愛因斯坦（Bose-Einstein）統(tǒng)計規(guī)律。 Nano Porous

24、 Materials Group 波長為的光是質(zhì)量為m = h / c,能量為E=h ,動量為p=(h)no的光子的集合體，光的傳播實際上是光子的輻射流。光子學(xué)說理論可以解釋光的發(fā)射、光的吸收、光電效應(yīng)等與光和物質(zhì)相互作用有關(guān)的諸多現(xiàn)象。按照量子理論，光子是組成光輻射場的基本物質(zhì)單元。組成光輻射場的巨大數(shù)量的光子分別處于各自不同的光子統(tǒng)計狀態(tài)。光子的運動狀態(tài)簡稱為光子態(tài)，光子態(tài)是按光子所具有的不同能量（或動量數(shù)值）、光子行進的方向以及偏振方向分別進行區(qū)分。處于同一光子態(tài)的光子彼此之間是不可區(qū)分的。由于光子是玻色子（其自旋量子數(shù)為整數(shù)1），在其光子集合中，光子數(shù)按其運動狀態(tài)的分布不受泡里不相容原

25、理的限制，可以有多個光子處于同一種光子態(tài)上，這種現(xiàn)象稱為簡并。 對于光頻率波段，在常溫（例如T = 25）下，普通熱光源的光子簡并度極低。采用特別的方法，也有可能在光頻段獲得極高的簡并度，形成一種新的光源，這就是我們將在以后的章節(jié)要介紹的光的受激輻射現(xiàn)象。這種高簡并度的新光源發(fā)出的光，單色亮度高，大量光子處于相同的光子態(tài)，有確定的運動方向、頻率和偏振，稱之為相干光。相干光比起通常情況下存在的非相干光有諸多優(yōu)越性。Nano Porous Materials Group 應(yīng)當(dāng)指出，單獨用經(jīng)典的波或粒子概念之一去描述光，都不足以完滿地解釋光的全部現(xiàn)象，必須同時考慮到光所具有的“波粒二重性”，即需要顧

26、及到光不僅具有波動性，而且還具有粒子性的雙重特性。式(2.10)和式(2.12)把光的雙重性質(zhì)波動性和粒子性聯(lián)系起來，頻率和波長是描述波動性的，而能量E和動量p則是描述粒子性的。波動性和粒子性是光的客觀屬性，兩者總是同時存在的。只不過在一定條件下，波動的屬性表現(xiàn)明顯，而當(dāng)條件改變時，粒子的屬性又變得明顯。例如，當(dāng)光在傳播過程中，其波動性明顯，這時往往把光看成由一列一列的光波組成，其表現(xiàn)出的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象可用波動觀點來解釋。而當(dāng)光和物質(zhì)相互作用時，這時往往又把光看成是由一個一個光子組成的粒子流，光的粒子性表現(xiàn)明顯。有關(guān)光的黑體輻射、吸收光譜和光電效應(yīng)等現(xiàn)象有時更適合用粒子觀點來解釋。根據(jù)

27、上面所說的，我們已經(jīng)可以認識到現(xiàn)在所說光于光的粒子和波動，已不再是牛頓微粒說中的粒子，也不再是惠更斯所理解的波動。全面的理解應(yīng)該是粒子中滲透著波動性，波動中滲透著粒子性，它們所包含的意義比原來的粒子和波動深刻得多。 Nano Porous Materials Group 2.5 光電子的傳播光電子的傳播 電子學(xué)的研究對象是電子以及它以高頻振蕩的電波。而光電子學(xué)的研究對象則是光子（或是與之相關(guān)的載流子）。光子既具有光的粒子性，又具有與電波一樣的電磁波的波動性質(zhì)。 但是兩者在本質(zhì)上還是完全不相同。 1) 雖然同樣是電磁波，但其頻率（波長）相差很大。 2) 光電子作為一種電磁波，其頻率高，粒子性比波

28、動性更加明顯。 3）電波和電子的波導(dǎo)一般是由金屬導(dǎo)體傳輸，而光波和光子的波導(dǎo)由電介質(zhì)，也就是由非金屬導(dǎo)體傳輸。 Nano Porous Materials Group 盡管光與電波、X射線一樣，都是電磁波，但是一直到激光出現(xiàn)以前所謂光都只是自然光，與現(xiàn)存的人為形成并且相位一致的電波相比，它們是雜亂無章的、相位不整齊的，我們可以把它稱為“噪聲光”。典型的噪聲光如象打雷時出現(xiàn)的閃電和帶有各種頻率成分的火花放電。自然光中的白光具有的頻譜成分，如同火花放電那樣，其連續(xù)性是由無數(shù)伴有衰減振動的脈沖光集合而成。 最能明確地能夠表示光與電波的不同之點，大概就是頻率或波長的差別了。 用表示波的傳播速度，一切波

29、動（不僅是電波和光之類的電磁波，而且包括聲波）的波長與頻率f（也稱為振動次數(shù)）之間，都有關(guān)系式 = f （2.13） 當(dāng)質(zhì)點的傳播方向與其質(zhì)點作垂直振動的方向形成直角時，形成的是一種橫波。光波和電波之類的電磁波，以高頻率振動的電場與磁場組合成橫波可以在自由空間傳播，如圖2.4所示。 Nano Porous Materials Group圖2.4 光是由電場與磁場組合成的電磁波 圖2.5 光和電波等電磁波在空間的傳播方式 Nano Porous Materials Group 光在某一時刻的狀態(tài)，可用電場矢量、磁場矢量和傳播矢量來描述。圖2.4就表示了光的一種狀態(tài)。我們已知了電磁波在真空中傳播的速度稱為光速，以c表示。光在不同的介質(zhì)中進行傳播。以光速表示在折射率為n的介質(zhì)中傳播的電磁波速度為 = c / n (2.14) 通常，介質(zhì)的折射率是頻率f的函數(shù)，因此，電磁波頻率改變時，折射率也隨之改變。在可見光的情況下，頻率改變就是顏色改變。介質(zhì)的折射率n 介質(zhì)材料的性質(zhì)