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【視覺知識】光波動過程中的三個基本特征
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來源：光虎
光波動過程中的三個基本特征
17世紀，對于光的本質成立了兩大對立學說，一方是以牛頓為代表的光的粒子說，另一方是以惠更斯為代表的光的波動說。
為了驗證光的波動理論，惠更斯提出了著名的惠更斯原理。但由于牛頓的聲望以及當時光波動說沒有完整的數學模型，粒子說的勢力一直為主導。
直到1800年，英國物理學家托馬斯·楊提出了干涉的概念，并利用著名的楊氏干涉實驗證明了光的波動性，之后，在此基礎上，馬呂斯和菲涅爾分別利用波動性對偏振和衍射做出解釋，并建立光波動性的數學理論和計算體系。
最后，愛因斯坦將兩種學說統一為波粒二象性。所以光的干涉現象，衍射現象和偏振現象是光波動過程中的基本特征，也是物理光學的主要研究對象。
特點一
光的干涉現象是指兩個或多個光波（光束）在某區域疊加時，在疊加區域內出現的各點強度穩定的強弱分布現象。要滿足干涉，需要兩束或多束光振動方向相同，頻率相同的單色光疊加才能產生干涉。
楊氏雙縫干涉實驗（圖1），利用同一光源S通過兩個狹縫S1和S2得到的兩束相干光束。由于兩條狹縫到光源距離相同，所以，兩束相干光束在同一波面，相位差為0，并且光強相等。
這里，我們用a1和a2分別代表P點處兩束光的振幅大小。此處利用代數相加法計算光強有
特點二
光的偏振與干涉衍射不同的是證明了光是橫波，也證明了麥克斯韋電磁理論的正確性。生活中大部分照明光如日光都是自然光，自然光的振動方向是向各個方向，無規則的振動。光的偏振是一束自然光入射到各項異性晶體中，會分解為兩束偏振光。
在光波中，如果光矢量的振動方向在傳播過程中保持不變，只是它的大小隨相位改變，這種光成為線偏振光；圓偏振光在傳播過程中，它的光矢量大小不變，而方向，繞傳播軸均勻的轉動，端點的軌跡是一個圓；橢圓偏振光在傳播過程中大小和方向都有規律的變化，光矢量端點沿著一個橢圓軌跡轉動。
圖2 偏振光
圖3 液晶顯示器發光原理
特點三
衍射，光波在傳播過程中遇到障礙物時，會偏離原來的傳播方向彎入障礙物的幾何影區內，并在幾何影區和幾何照明區內形成光強的不均勻分布的現象。
17世紀菲涅爾在惠更斯的干涉理論上加以補充，發展成為惠更斯-菲涅爾原理。菲涅爾在研究了光的干涉現象以后，考慮到干涉現象來自于同一光源，它們是相干光，因而波前任意一點的光振動應該是波前上所有子波相干的結果。這種子波相干疊加的思想叫做惠更斯-菲尼爾原理。
在成像系統中，衍射問題是不可避免的，在幾何光學中，因為任何光學儀器都有限制光束的光瞳。這樣使原本在像方成像的點，變成一個衍射光斑。但相比波長來說，光瞳尺寸要大的多，就使得衍射像斑還是極小的。
圖4 衍射圖案
【來源：光虎光學內部培訓資料】
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