光電子技術基礎光學知識

第二章光電子技術的基礎光學知識2.1光的基本屬性—波粒二重在日常生活中，光是最為人們所熟悉的東西。關于光學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》記載了可能是世界上最早的光學實驗以及所獲得的關于影、針孔成像、鏡面成像、虹霓和月蝕的知識。差不多相同的時期，西方也有不少關于光學的實驗和研究，公元前300年，希臘歐幾里得的《反射光學》里就有光的直線傳播性和反射定律的敘述。光學作為一門學科的真正的發(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)的光的直線傳播定律和反射定律一起構成了幾何光學的基礎。關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。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，這些光微粒具有質量，與普通的實物小球一樣遵從相同的力學規(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，微粒理論需要假設水中的光速大于空氣中的光速；而波動理論則需要假設水中的光速小于空氣中的光速。由于當時人們還不能準確地用實驗方法測定光速，因而難以根據折射現(xiàn)象去判斷這兩種學說的優(yōu)劣。但由于牛頓在科學界的祟高威望，使得光的微粒理論在很長一段時間內占據著統(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.Foucauｈ）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。19世紀60年代，麥克斯韋(J.C.Maxwell)建立了電磁場理論，并認為光是一定頻率范圍內的電磁波，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。

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等。以后，人們在努力解釋有關光和物質相互作用的現(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，形成了一種全新意義的光子學說。這個光子學說的理論認為，光是具有一定能量和動量的粒子所組成的粒子流，這種遵從嶄新量子力學規(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，即光具有波粒二重性取得了較普遍的共識。

2.2光是一種電磁波我們已經看到，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的理論。1887年赫茲（H.Hertz）應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的電磁波，電磁波的傳播實際上就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。與此相關的電磁場的基本性質如下：

(1)在電磁場中，電場矢量E、磁場矢量H和傳播方向k三者相互垂直。E,H和k三個矢量的方向成右手螺旋關系；

(2)電磁波是橫波，沿給定方向傳播的電磁波，E與H的振動方向都是在各自垂直于傳播方向k的平面內，這一特性稱為偏振性；

(3)空間各點E和H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

c=(2.1)式中：ε0為真空中的介電常數；μ0為真空中的磁導率。在國際單位制中，指定μ0=4π×10-7H/m，由精密測定ε0=8.854×10-12F/m，推算得c≈3.0×108m/s。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、Ｘ射線和Y射線等。這些電磁波從波動特性的角度，本質上完全相同，只是波長不同而已。真空中電磁波的波長λ與頻率υ的關系為λ=c/υ（2.2）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空中具有不同的波長。頻率愈高，對應的波長就越短。按照電磁波頻率或波長的順序可以排列起一電磁波譜圖，如圖2.1所示。

圖2.1電磁波及可見光波長分布表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10-5nm以下的。下面對各種不同性質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目前的主要應用無線電波長波電子線路3~30km0.01~0.1越洋長距離通訊、導航中波200m~3km0.1~1.5AM廣播、電報通訊短波10~200m1.5~30AM廣播、電報通訊超短波1~10m30~300FM廣播、電視、導航微波行波管、調速管、磁控管1mm~1m300~3×105電視、雷達、導航光波紅外線熱體激光0.76um~1mm3×105~4×108雷達、導航、光線通信可見光電弧燈0.40~0.76um(4~7.5)×108紫外線汞燈0.03~0.40um7.5×(108~1010)醫(yī)用、照相制版X射線X射線管0.1nm~0.03um1010~3×1012醫(yī)用、探傷、物相分析Γ射線加熱器1.0pm~0.1nm3×(1012~1014)探傷、物相結構分析波長超過lmm的電磁波我們統(tǒng)稱為無線電波，其頻率不超過300MHz。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生，因此頻率的純度可以是很高。通過對電子線路進行調制，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用于無線電廣播、電視、移動電話、衛(wèi)星轉播、雷達和電磁爐等眾多領域，已經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?？梢姽馄鋵嵰彩请姶挪?，但只占整個電磁波譜中很小的一部分，只有波長范圍在400~760nm之間的電磁波能使人眼產生光的感覺。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。我們日常感受到的白光則是各種顏色的可見光的混合，也即是400~760nm之間的電磁波的混合。紅外線波比紅光的波長長，一般看不見，波長在0.76um~1mm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。目前紅外技術已被廣泛應用于軍事、科學研究、工農業(yè)生產、醫(yī)學和日常生活等各個領域。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效應和熒光效應，可用于醫(yī)療殺菌和照相制版等行業(yè)。

比紫外線的波長更短的電磁波被稱為X射線，其波長范圍在0.1~30nm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層電子而產生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與組成物質的原子量有關。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射線的這些性質可透視人體內部的病變，可檢查金屬部件的內傷和分析物質的晶體結構，并留下可供查閱的照片。

波長在1.0pm~0.1nm之間的電磁波被稱為γ射線。γ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。γ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構的探測及研究。

2.3光光傳播的的的一些基本本現(xiàn)象可見光是一一種波長很很短的電磁磁波，靠著著電磁場在在空間中傳傳播，電磁磁場的傳播播具有波動動性。應用用光的電磁磁理論，能能解釋光的的反射、折折射、干涉涉、衍射、、偏振和雙雙折射等與與光的傳播播特性有關關的現(xiàn)象。。2.3.1反射、全全反射、折折射當光波照射射在鏡面上上會發(fā)生反反射，光在在鏡面上的的反射接近近于全反射射。光波射射在非鏡面面的介質界界面上也會會發(fā)生反射射，但可能能不是全反反射，同時時還會發(fā)生生透射和折折射等現(xiàn)象象。這些物物理現(xiàn)象均均遵從界面面波前匹配配、相位相相等的原則則，并可推推導出反射射定律與折折射定律。。光波射到鏡鏡面或介質質界面上時時，會有光光波發(fā)生折折回原介質質中的方向向轉折過程程，稱為光光的反射，，如圖2.2(a）所示，，滿足反射射定律：1)反射光光位于入射射光與界面面法線所決決定的平面面內；2)反射角角θ1等等于入射角角θ/1，，即θ1=θθ/1（（2-3）光波射在介介質界面上上時，一部部分光波會會被界面反反射（遵從從反射定律律），另一一部分光波波則會進入入界面。若若進入界面面后這部分分光在前進進的方向上上發(fā)生改變變，形成折折射現(xiàn)象，，如圖2.2(b)所示，折折射光線滿滿足如下定定律：1)折射光光線位于界界面法線與與入射光線線所決定的的平面內；；2）折射角角滿足n1sinθ1=n2sinθ2(2.4)當n1>n2時，入入射光的能能量逐漸增增大θ1角角會反射，，當θ1增增加到θc時，如圖圖2.2（（c）所示示，θ2=90o，其中中θc滿足足sinθc=n2/n1(2.5)當θ1＞＞θc時時，入射光光的能量全全部被誡界界面反射回回光密介質質，這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為全全反射，如如圖2.2(d)所示。。圖2.2光光的反射、、全反射、、折射現(xiàn)象象2.3.2偏振在空間傳播播的電磁波波，其電場場矢量在某某一特殊的的平面內振振動，就稱稱這種電磁磁波為平面面偏振波或或線偏振波波。許多實實際的光束束都是由許許多個別的的光波合成成的，合成成光波方向向不斷變化化，大多數數情況下這這些個別光光波的電場場矢量取向向都是任意意的，因而而光束是非非偏振的。。實際中的的自然光，，其光源包包含各個方方向上平均均振幅相等等的電場矢矢量。在自自然光中的的部分偏振振光可以看看成是偏振振光和非偏偏振光的混混合，用偏偏振度來描描述。由自然光得得到偏振光光的過程稱稱為起偏，，所用器件件為起偏器器，常見起起偏方式有有以下幾種種：（1）基于于晶體雙折折射原理的的起偏，這這是最有效效的一種起起偏方式，，我們將在在以后關于于晶體光學學與光調制制的章節(jié)中中加以詳細細討論。(2)布儒儒斯特（Brewster））角起偏，，這是利用用光在界面面上的反射射與吸收過過程使自然然光起偏，，以獲得偏偏振光的一一種方式。。如圖2.3所示，，當自然光光入射到折折射率分別別為nl，，n2的的兩種介質質界面上時時，若將入入射光分為為平行和垂垂直入射面面的兩部分分振動，其其反射光和和折射光都都變成了部部分偏振光光。介質表表面對垂直直和平行入入射面的電電場分量的的反射率均均是入射角角θ1的函函數，相互互關系如圖圖2.3(c)所所示。尤其其是在某一一特定角θθ1=θθB時，，平行分量量的反射率率為0，反反射部分只只剩下垂直分分量，成為為線偏光，，這一角度度θB稱為為布儒斯特特角。根據據斯涅耳（（Snell）定理理此時，反反射光與折折射光互相相垂直，于于是可得sinθB=n2/n1(2.6)這成為布儒儒斯特定律律。圖2.3反反射與吸吸收起偏2.3.3干涉和和衍射當兩束光彼彼此的頻率率相同、振振動方向相相同、相位位相同或相相位差恒定定，就形成成了干涉。。兩束光干干涉所得光光強為I=E20l+E202+2E01E02cos(φ2-φ1)=I1+I2+2cos(φ2-φ1)（（2.7）式中I為光光強度；E為光波的的振幅；φφ為入射光光的角度；；本公式的的后一項稱稱為干涉項項，它決定定了I可以以大于I1＋12，，也可以小小于I1＋＋12，具具體值由相相位差△φφ＝決定：：當兩束光彼彼此的頻率率相同、振振動方向相相同、相位位相同或相相位差恒定定，疊加在在一起就形形成了干涉涉，結果能能使光的強強度得到加加強，這稱稱為光的相相干相長現(xiàn)現(xiàn)象；也能能使光的強強度被減去去，這稱為為光的相干干相消現(xiàn)象象。兩束光光干涉相長長的條件是是△φ=2πδ/λ=2πm（（m=0,±1,±2,…）(2.8a)或δ=mλλ（（m=0,±1,±2,…）(2.8b)式中，δ為為光程差。。兩束光干涉涉相消的條條件是△φ=(2m+1)ππ（（m=0,±±1,±2,…）(2.9a)或δ=λ(2m+1)/2（（m=0,±1,±±2,…））(2.9b)光線線不不僅僅會會直直射射，，也也會會繞繞射射。。把把不不透透明明的的物物體體放放在在光光源源和和觀觀察察屏屏之之間間，，就就會會發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)投投射射在在屏屏幕幕上上的的影影子子并并不不十十分分清清晰晰，，這這種種使使光光繞繞過過障障礙礙物物，，進進入入幾幾何何陰陰影影區(qū)區(qū)的的現(xiàn)現(xiàn)象象稱稱為為光光的的衍衍射射。。衍射射現(xiàn)現(xiàn)象象與與光光的的干干涉涉有有關關，，衍衍射射的的本本質質可可用用惠惠更更斯斯一一菲菲涅涅耳耳原原理理解解釋釋：：光光波波在在介介質質中中傳傳播播的的各各點點均均可可視視為為產產生生子子波波的的新新波波源源，，同同一一波波面面前前上上的的各各點點發(fā)發(fā)出出的的子子波波傳傳播播到到空空間間某某一一點點時時，，各各子子波波間間也也可可以以互互相相疊疊加加而而產產生生干干涉涉現(xiàn)現(xiàn)象象，，由由于于波波面面前前邊邊緣緣各各點點發(fā)發(fā)出出的的子子波波離離開開軸軸心心，，所所以以邊邊緣緣部部分分的的波波發(fā)發(fā)生生某某些些彎彎曲曲，，后后續(xù)續(xù)的的波波前前越越來來越越彎彎曲曲，，因因而而發(fā)發(fā)生生了了衍衍射射現(xiàn)現(xiàn)象象。。2.4光光也是是一種種粒子子—光光子人們在在解釋釋黑體體輻射射、光光電效效應等等涉及及到光光和其其它形形式的的物質質相互互作用用的現(xiàn)現(xiàn)象時時，逐逐漸認認識到到光也也可以以是一一種粒粒子，，光不不僅具具有波波動的的特性性，同同時也也具有有粒子子的特特性。。根據據這樣樣的認認識導導致出出現(xiàn)了了光子子學說說。光光子學學說理理論認認為，，光是是由一一群以以光速速c運運動的的光量量子（（簡稱稱光子子）所所組成成。關關于光光子的的基本本性質質可以以歸納納為以以下幾幾個方方面：：（1））光子子具有有能量量E，，其能能量與與一定定的光光頻率率υ相相對應應，如如式（（2.10）所所示。。E=hυ（（2.10）式中：：h為為普朗朗克常常數，，h=6.626××10-34J··s。。（2））光子子具有有質量量。從從固體體物理理觀點點，質質量可可分為為靜態(tài)態(tài)質量量和動動態(tài)質質量兩兩類。。光子子靜態(tài)態(tài)質量量為零零，光光子動動態(tài)質質量m與光光子能能量E（或或光的的波長長λ））的關關系為為m=E/c2=hυ/c2=h/cλ（（2.11）(3)光子子具有動量量p，其動動量與光波波長λ有有關，或者者與傳播方方向k有關關，可表示示為p=n0h/λ=??k（（2.12）式中：n0為光子行行進方向上上的單位矢矢量；?=h/2ππ；k=n0(2π/λ)。(4)光子子具有自旋旋的特性，，其自旋的的量子數為為整數，所所以光子的的集合服從從玻色一愛愛因斯坦（（Bose-Einstein）統(tǒng)計計規(guī)律。波長為λ的的光是質量量為m=h/cλ,能量為E=hυ,動量為為p=(h／λ)no的光子子的集合體體，光的傳傳播實際上上是光子的的輻射流。。光子學說說理論可以以解釋光的的發(fā)射、光光的吸收、、光電效應應等與光和和物質相互互作用有關關的諸多現(xiàn)現(xiàn)象。按照量子理理論，光子子是組成光光輻射場的的基本物質質單元。組組成光輻射射場的巨大大數量的光光子分別處處于各自不不同的光子子統(tǒng)計狀態(tài)態(tài)。光子的的運動狀態(tài)態(tài)簡稱為光光子態(tài)，光光子態(tài)是按按光子所具具有的不同同能量（或或動量數值值）、光子子行進的方方向以及偏偏振方向分分別進行區(qū)區(qū)分。處于于同一光子子態(tài)的光子子彼此之間間是不可區(qū)區(qū)分的。由由于光子是是玻色子（（其自旋量量子數為整整數1），，在其光子子集合中，，光子數按按其運動狀狀態(tài)的分布布不受泡里里不相容原原理的限制制，可以有有多個光子子處于同一一種光子態(tài)態(tài)上，這種種現(xiàn)象稱為為簡并。對于光頻率率波段，在在常溫（例例如T=25℃℃）下，普普通熱光源源的光子簡簡并度極低低。采用特特別的方法法，也有可可能在光頻頻段獲得極極高的簡并并度，形成成一種新的的光源，這這就是我們們將在以后后的章節(jié)要要介紹的光光的受激輻輻射現(xiàn)象。。這種高簡簡并度的新新光源發(fā)出出的光，單單色亮度高高，大量光光子處于相相同的光子子態(tài)，有確確定的運動動方向、頻頻率和偏振振，稱之為為相干光。。相干光比比起通常情情況下存在在的非相干干光有諸多多優(yōu)越性。。應當指出，，單獨用經經典的波或或粒子概念念之一去描描述光，都都不足以完完滿地解釋釋光的全部部現(xiàn)象，必必須同時考考慮到光所所具有的““波粒二重重性”，即即需要顧及及到光不僅僅具有波動動性，而且且還具有粒粒子性的雙雙重特性。。式(2.10)和和式(2.12)把把光的雙重重性質—波波動性和粒粒子性聯(lián)系系起來，頻頻率υ和波波長λ是描描述波動性性的，而能能量E和動動量p則是是描述粒子子性的。波動性和粒粒子性是光光的客觀屬屬性，兩者者總是同時時存在的。。只不過在在一定條件件下，波動動的屬性表表現(xiàn)明顯，，而當條件件改變時，，粒子的屬屬性又變得得明顯。例例如，當光光在傳播過過程中，其其波動性明明顯，這時時往往把光光看成由一一列一列的的光波組成成，其表現(xiàn)現(xiàn)出的干涉涉、衍射和和偏振等現(xiàn)現(xiàn)象可用波波動觀點來來解釋。而而當光和物物質相互作作用時，這這時往往又又把光看成成是由一個個一個光子子組成的粒粒子流，光光的粒子性性表現(xiàn)明顯顯。有關光光的黑體輻輻射、吸收收光譜和光光電效應等等現(xiàn)象有時時更適合用用粒子觀點點來解釋。。根據上面所所說的，我我們已經可可以認識到到現(xiàn)在所說說光于光的的粒子和波波動，已不不再是牛頓頓微粒說中中的粒子，，也不再是是惠更斯所所理解的波波動。全面面的理解應應該是粒子子中滲透著著波動性，，波動中滲滲透著粒子子性，它們們所包含的的意義比原原來的粒子子和波動深深刻得多。。2.5光光電子的傳傳播電子學的研研究對象是是電子以及及它以高頻頻振蕩的電電波。而光光電子學的的研究對象象則是光子子（或是與與之相關的的載流子））。光子既既具有光的的粒子性，，又具有與與電波一樣樣的電磁波波的波動性性質。但是兩者在在本質上還還是完全不不相同。1)雖然然同樣是電電磁波，但但其頻率（（波長）相相差很大。。2)光電電子作為一一種電磁波波，其頻率率高，粒子子性比波動動性更加明明顯。3）電波波和電子子的波導導一般是是由金屬屬導體傳傳輸，而而光波和和光子的的波導由由電介質質，也就就是由非非金屬導導體傳輸輸。盡管光與與電波、、X射線線一樣，，都是電電磁波，，但是一一直到激激光出現(xiàn)現(xiàn)以前所所謂光都都只是自自然光，，與現(xiàn)存存的人為為形成并并且相位位一致的的電波相相比，它它們是雜雜亂無章章的、相相位不整整齊的，，我們可可以把它它稱為““噪聲光光”。典典型的噪噪聲光如如象打雷雷時出現(xiàn)現(xiàn)的閃電電和帶有有各種頻頻率成分分的火花花放電。。自然光光中的白白光具有有的頻譜譜成分，，如同火火花放電電那樣，，其連續(xù)續(xù)性是由由無數伴伴有衰減減振動的的脈沖光光集合而而成。最能明確確地能夠夠表示光光與電波波的不同同之點，，大概就就是頻率率或波長長的差別別了。用υ表示示波的傳傳播速度度，一切切波動（（不僅是是電波和和光之類類的電磁磁波，而而且包括括聲波））的波長長λ與頻頻率f（（也稱為為振動次次數）之之間，都都有關系系式υ=λλf（（2.13））當質點的的傳播方方向與其其質點作作垂直振振動的方方向形成成直角時時，形成成的是一一種橫波波。光波波和電波波之類的的電磁波波，以高高頻率振振動的電電場與磁磁場組合合成橫波波可以在在自由空空間傳播播，如圖圖2.4所示。。圖2.4光是是由電場場與磁場場組合成成的電磁磁波圖2.5光和和電波等等電磁波波在空間間的傳播播方式光在某一一時刻的的狀態(tài)，，可用電電場矢量量、磁場場矢量和和傳播矢矢量來描描述。圖圖2.4就表示示了光的的一種狀狀態(tài)。我我們已知知了電磁磁波在真真空中傳傳播的速速度稱為為光速，，以c表表示。光光在不同同的介質質中進行行傳播。。以光速速表示在在折射率率為n的的介質中中傳播的的電磁波波速度υυ為υ=c/n(2.14)通常，介介質的折折射率是是頻率f的函數數，因此此，電磁磁波頻率率改變時時，折射射率也隨隨之改變變。在可可見光的的情況下下，頻率率改變就就是顏色色改變。。介質的的折射率率n介介質材料料的性質質有關，，介質的的介電常常數用εε,真空空中的介介電常數數用ε。。表示它它們的關關系為n=(2.15)從圖2.4中，我們們可以看到到電場、磁磁場、傳播播方向是相相互正交的的，它們符符合左手定定則，以中中指表示電電場方向，，食指表示示磁場方向向，則拇指指表示電磁磁波傳播方方向。不管管何種電磁磁波，其理理論基礎都都相同，在在自由空間間中電磁波