波動光學
| 波動光學 |
波動光學（wave optics）是以波動理論研究光的傳播及光與物質相互作用的光學分支。17世紀，R. 胡克和C. 惠更斯創立了光的波動說。惠更斯曾利用波前概念正確地解釋了光的反射定律、折射定律和晶體中的雙折射現象。波動光學無論是理論還是應用，都在物理學中占有重要地位。構成宏觀材料的分子在光場或其他交變電場的作用下，形成振盪的偶極子，發出同頻率的次波（「新的光」）。利用這樣的模型來說明材料對光的吸收、色散、散射，以及磁光、電光等現象，甚至光的發射也是一般波動光學的內容。
目錄
簡介
波動光學是光學中非常重要的組成部分，內容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等，無論理論還是應用都在物理學中占有重要地位。我們周圍的物體（玻璃、鏡子、透明材料等）是由分子組成的，分子又是由原子構成的。例如：水是由水分子構成的，而一個水分子由一個氧原子與兩個氫原子構成。而原子是由帶正電的原子核和帶負電的核外電子構成的，帶電粒子在電場中會受到電場力而運動。由於分子是一種由若干帶電粒子構成的系統，而光是一種特定頻段的電磁波（見圖片），當我們向介質內入射一束光，其振盪的電場與磁場會影響介質分子中帶電粒子的運動，使分子中的電荷在電磁波的作用下發生受迫振動，這種振動又會引起電子輻射出同頻率的新電磁波，形成振盪的電偶極子。通俗地說，介質與光相互作用時相當於次級光源，產生與原來頻率相同的新的光，並同原來的光相互疊加。
評價
上述是經典物理學對光學現象的解釋。利用這樣的模型來說明光的色散、吸收、散射，以及磁光效應、電光效應等現象，甚至光的發射也是一般波動光學的內容。電磁波理論應用到晶體的學科被稱為晶體光學。光波在真空中的波長約為（3.9～7.6）×10-5cm，一般的障礙物或孔隙都遠大於此，因而通常都顯示出光的直線傳播現象。這一時期，人們還發現了一些與光的波動性有關的光學現象，例如F. M. 格里馬爾迪首先發現光遇障礙物時將偏離直線傳播，他把此現象起名為「衍射」。胡克和R. 玻意耳分別觀察到現稱之為牛頓環的干涉現象。這些發現成為波動光學發展史的起點。17世紀以後的一百多年間，光的微粒說（見光的二象性）一直占統治地位，波動說則不為多數人所接受，直到進入19世紀後，光的波動理論才得到迅速發展。19世紀60年代，J. C.麥克斯韋建立了統一電磁場理論，預言了電磁波的存在並給出了電磁波的波速公式。隨後H. R.赫茲用實驗方法產生了電磁波。光與電磁現象的一致性使人們確信光是電磁波的一種，光的經典波動理論與電磁理論融成了一體，產生了光的電磁理論。將電磁理論應用於晶體，對光在晶體中的傳播規律給出了嚴格而圓滿的解釋。19世紀末，H. A.洛倫茲創立了電子論，他把物質的宏觀性質歸結為構成物質的電子的集體行為（由於原子的質量主要分布在原子核上，因此主要考慮電磁波與電子的作用）。電磁波的作用使材料分子內部的帶電粒子發生受迫振動並產生相同頻率的次級電磁波。根據這一理論，他解釋了光的吸收、色散和散射等分子光學現象。這種經典的電磁理論並非十全十美，因為在關於光與物質相互作用的問題上涉及微觀粒子的行為，必須用量子理論才能得到徹底的解決。[1]