第一章 激光基礎 - 光的性質(zhì)
光是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷默F(xiàn)象之一，它不僅使我們能夠看見周圍的世界，還在許多科學技術(shù)應用中扮演著重要角色。
理解光的基本性質(zhì)對于掌握激光技術(shù)至關重要。本節(jié)將詳細介紹光的基本性質(zhì)，包括光的波動性、粒子性、傳播特性和光的速度。
1. 光的波動性
光的波動性可以追溯到19世紀初，托馬斯·揚的雙縫實驗提供了關鍵證據(jù)。
實驗表明，當光通過兩個狹縫時，會在屏幕上形成干涉條紋，這種現(xiàn)象只能用波動理論來解釋。光的波動性體現(xiàn)在以下幾個方面：
- 干涉現(xiàn)象：當兩束相干光（即頻率相同、相位固定的光波）相遇時，會相互疊加，形成干涉圖樣。這種現(xiàn)象是光波動性的一個重要特征。
- 衍射現(xiàn)象：光在經(jīng)過狹縫或障礙物時，會發(fā)生彎曲并形成衍射圖樣。衍射現(xiàn)象表明光可以繞過障礙物傳播，
并且光的波動性在此過程中得到了體現(xiàn)。
- 波長：光的波長是指光波中相鄰兩個波峰或波谷之間的距離。不同波長的光表現(xiàn)出不同的顏色，波長越短的光通常對應著紫色，
波長越長的光則對應著紅色。（這里指的都是可見光范圍）
2. 光的粒子性
光的粒子性由愛因斯坦在1905年提出的光量子理論進一步發(fā)展。光量子理論認為光不僅可以表現(xiàn)為波動，還可以表現(xiàn)為粒子，即光子。
光的粒子性體現(xiàn)在以下幾個方面：
- 光子：光子是光的基本粒子，具有能量 ( E = hnu )（其中 ( h ) 是普朗克常數(shù)，( nu ) 是光的頻率）。光子沒有靜質(zhì)量，
但它們攜帶能量和動量。
- 光電效應：愛因斯坦解釋了光電效應，即當光照射到金屬表面時，金屬表面會釋放電子。光電效應表明光具有粒子特性，
因為釋放電子的過程依賴于光子的能量，而非光的強度。
- 康普頓散射：康普頓散射是光子與物質(zhì)中的電子發(fā)生碰撞的現(xiàn)象，光子的能量和動量在碰撞過程中發(fā)生變化，這進一步驗證了光的粒子性。
3. 光的傳播特性
光的傳播特性涉及到光的速度、折射、反射等現(xiàn)象，這些特性在激光技術(shù)和光學應用中都發(fā)揮著重要作用：
- 光速：光在真空中的傳播速度約為 ( 3 times 10^8 ) 米/秒，這一速度被認為是宇宙中的最大速度。光速在不同介質(zhì)中傳播時會有所變化，
例如在玻璃中光速比在空氣中慢。
- 折射：光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，其傳播方向會發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為折射。折射的程度取決于介質(zhì)的折射率，
折射率定義為光在真空中的速度與光在該介質(zhì)中的速度之比。
- 反射：光在遇到介質(zhì)的界面時，會按照反射定律反射回來。反射定律表明入射光線、反射光線和法線共面，且入射角等于反射角。
- 散射：光在傳播過程中遇到微小顆粒或不規(guī)則表面時，會發(fā)生散射。散射現(xiàn)象是天空呈藍色的原因，
因為短波長的藍光比長波長的紅光散射得更厲害，根據(jù)光的這一特性，我們發(fā)現(xiàn)能夠過濾480納米以下的鏡片，
可以有效降低光的散射，增加視野的清楚度，而且鏡片的顏色更淺，在光照度低的情況下不會影響視野。
4. 光的偏振性
光的偏振性指的是光波在特定方向上振動的特性。普通光波是非偏振的，即其振動方向是隨機的，
而偏振光則是光波的振動方向被限制在某一平面上。偏振現(xiàn)象可通過以下方面理解：
- 線性偏振：光的電場在特定方向上振動，稱為線性偏振。這種光可以通過偏振片得到，它只允許某一方向上的光波通過。
- 圓形和橢圓形偏振：光的電場在傳播方向上旋轉(zhuǎn)，形成圓形或橢圓形偏振光。這種偏振光在許多光學應用中有重要用途，
如液晶顯示器中的偏振片。
光的性質(zhì)展示了光既具有波動性，又具有粒子性，這為激光技術(shù)的理解和應用提供了基礎。
了解光的這些基本性質(zhì)，不僅能幫助我們更好地理解激光的工作原理，還能應用于各種實際問題的解決中。
比如：根據(jù)短波長的藍光散射得更厲害這一特性，配戴過濾藍光的眼鏡可以減少散射增加景物的清晰度，根據(jù)光的偏振性，
偏光墨鏡由此誕生。
