第一章 激光基础 - 光的性质

光是我们日常生活中最常见的现象之一，它不仅使我们能够看见周围的世界，还在许多科学技术应用中扮演着重要角色。

理解光的基本性质对于掌握激光技术至关重要。本节将详细介绍光的基本性质，包括光的波动性、粒子性、传播特性和光的速度。

1. 光的波动性

光的波动性可以追溯到19世纪初，托马斯·扬的双缝实验提供了关键证据。

实验表明，当光通过两个狭缝时，会在屏幕上形成干涉条纹，这种现象只能用波动理论来解释。光的波动性体现在以下几个方面：

- 干涉现象：当两束相干光（即频率相同、相位固定的光波）相遇时，会相互叠加，形成干涉图样。这种现象是光波动性的一个重要特征。

- 衍射现象：光在经过狭缝或障碍物时，会发生弯曲并形成衍射图样。衍射现象表明光可以绕过障碍物传播，

并且光的波动性在此过程中得到了体现。

- 波长：光的波长是指光波中相邻两个波峰或波谷之间的距离。不同波长的光表现出不同的颜色，波长越短的光通常对应着紫色，

波长越长的光则对应着红色。（这里指的都是可见光范围）

2. 光的粒子性

光的粒子性由爱因斯坦在1905年提出的光量子理论进一步发展。光量子理论认为光不仅可以表现为波动，还可以表现为粒子，即光子。

光的粒子性体现在以下几个方面：

- 光子：光子是光的基本粒子，具有能量 ( E = hnu )（其中 ( h ) 是普朗克常数，( nu ) 是光的频率）。光子没有静质量，

但它们携带能量和动量。

- 光电效应：爱因斯坦解释了光电效应，即当光照射到金属表面时，金属表面会释放电子。光电效应表明光具有粒子特性，

因为释放电子的过程依赖于光子的能量，而非光的强度。

- 康普顿散射：康普顿散射是光子与物质中的电子发生碰撞的现象，光子的能量和动量在碰撞过程中发生变化，这进一步验证了光的粒子性。

3. 光的传播特性

光的传播特性涉及到光的速度、折射、反射等现象，这些特性在激光技术和光学应用中都发挥着重要作用：

- 光速：光在真空中的传播速度约为 ( 3 times 10^8 ) 米/秒，这一速度被认为是宇宙中的最大速度。光速在不同介质中传播时会有所变化，

例如在玻璃中光速比在空气中慢。

- 折射：光从一种介质进入另一种介质时，其传播方向会发生变化，这一现象称为折射。折射的程度取决于介质的折射率，

折射率定义为光在真空中的速度与光在该介质中的速度之比。

- 反射：光在遇到介质的界面时，会按照反射定律反射回来。反射定律表明入射光线、反射光线和法线共面，且入射角等于反射角。

- 散射：光在传播过程中遇到微小颗粒或不规则表面时，会发生散射。散射现象是天空呈蓝色的原因，

因为短波长的蓝光比长波长的红光散射得更厉害，根据光的这一特性，我们发现能够过滤480纳米以下的镜片，

可以有效降低光的散射，增加视野的清楚度，而且镜片的颜色更浅，在光照度低的情况下不会影响视野。

4. 光的偏振性

光的偏振性指的是光波在特定方向上振动的特性。普通光波是非偏振的，即其振动方向是随机的，

而偏振光则是光波的振动方向被限制在某一平面上。偏振现象可通过以下方面理解：

- 线性偏振：光的电场在特定方向上振动，称为线性偏振。这种光可以通过偏振片得到，它只允许某一方向上的光波通过。

- 圆形和椭圆形偏振：光的电场在传播方向上旋转，形成圆形或椭圆形偏振光。这种偏振光在许多光学应用中有重要用途，

如液晶显示器中的偏振片。

光的性质展示了光既具有波动性，又具有粒子性，这为激光技术的理解和应用提供了基础。

了解光的这些基本性质，不仅能帮助我们更好地理解激光的工作原理，还能应用于各种实际问题的解决中。

比如：根据短波长的蓝光散射得更厉害这一特性，配戴过滤蓝光的眼镜可以减少散射增加景物的清晰度，根据光的偏振性，

偏光墨镜由此诞生。