Question

光的性质

Answer 1

一、光的性质与传播

图2－1 光的折射现象

现代物理学研究发现，光是一种电磁波，光既具有波动性，又具有粒子性。晶体光学中所涉及的光是可见光部分，可见光只是电磁波谱中频率较高、波长较短的一部分电磁波，光波的波长范围为770～390nm（纳米），由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光组成。光的波长的量度单位用nm（纳米），纳米与其他长度单位之间的换算关系如下：

1nm（纳米）＝10^－3μm（微米）＝10^－6mm（毫米）＝10Å（埃）

光在同一种均质介质中沿直线方向传播，当光从一种介质，射入另一种介质时，在界面上会发生折射及反射现象（图2－1），并改变了最初进行的方向，经过折射的光称折射光，经过反射的光称反射光。它们各自遵循折射定律及反射定律。

折射定律是指光在入射介质中的传播速度（V_i）与在折射介质中的传播速度（V_r）之比为一常数。

V_i/V_r＝sini/sinr＝N

当两介质一定时，N为一常数，称为第二介质（折射介质）对第一介质（入射介质）的相对折射率。如果入射介质为真空（或空气），则N值称为折射介质的绝对折射率，简称折射率（倪志耀，2011）。

由折射定律可知，当光由折射率较小的介质（光疏介质）射入折射率较大的介质（光密介质）时，其V_r＜V_i，相对折射率大于1，其折射线更靠近法线。当光由折射率较大的介质射入折射率较小的介质时，其V_r＞V_i，相对折射率小于1，其折射线更远离法线；随着入射角的逐渐增大，折射角必将不断增大，折射线愈来愈远离法线；当光线的入射角增大到一定值时，其折射角r＝90°，此时折射线已不复存在，折射现象亦不复存在，这一现象称全反射。

二、自然光和偏振光

根据光波振动方向的差别，可以将光波分为自然光和偏光。一般来说，直接自光源（如太阳光、电灯光等）发射出的光都是自然光。自然光是由无数个振动方向各异的光波复合而成的，即在垂直自然光传播方向的平面内，各个方向上都有相等振幅的光波振动。

在垂直传播方向的某一固定方向上振动的光波，称为平面偏振光，简称偏光。偏光振动方向与传播方向所构成的平面称为偏光振动面。自然光经过光学处理（如反射、折射、双折射或选择吸收作用）可转变为偏光，其转变过程称为光的偏振化。