辐射度量与光度量

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1、第一章光电信号检测技术基础第一节辐射度量与光度量一、光的本质二、光辐射度量三、光谱辐射度量四、光度量一、光的本质光具有波粒二象性，既是电磁波，又是光子流。历史上的重要人物惠更斯（1629-1695）、牛顿（1643-1727）托马斯·杨（1773-1829）、费涅耳（1778-1827）麦克斯韦（1831-1879）普朗克（1858-1947）爱因斯坦（1879-1955）、波尔（1885-1962）一张凝结了20世纪全人类三分之一智慧的照片牛顿-微粒说光是直线传播的微粒流。17世纪--两种对立的学说。三：发现了“牛顿环”“微粒说：微粒从光源飞出，质量极小，忽略重力

2、作用，在真空或均匀媒质中做惯性运动，并且走的是最快速的直线运动路径。二：公元1668年，他制成了第一架反射望远镜样机三大贡献:一：发现了白光是由各种不同颜色的光组成的惠更斯：波动说,光是在以太中传播的波动。波动学说，打破了当时流行的光的微粒学说，提出了光波面在媒体中传播的惠更斯原理。惠更斯设想传播光的以太粒子非常之硬，有极好的弹性，光的传播就像振动沿着一排互相衔接的钢球传递一样，当第一个球受到碰撞，碰撞运动就会以极快的速度传到最后一个球。提出光是发光体中微小粒子的振动在弥漫于宇宙空间的以太中的传播过程。光的传播方式与声音类似，不是微粒说所设想的像子弹或箭那样的运动。

3、微粒说在解释光线从空气进入水中的折射现象时，需要假设；C水>C空气这两种学说都可以解释一定的光学现象（光的反射和折射）。而波动说需要假设C水

4、，但是光波的本质到底是什么，是像水波？还是像声波呢？热辐射是十九世纪发展起来的一个物理学新领域，它的研究得到了热力学和光谱学的支持。十九世纪末，物理学正是从这个领域打开了一个缺口，导致了量子论的诞生。在热辐射的研究中，热辐射的辐射能量，特别是这一辐射的能量随波长分布的特性，往往是物理学家研究的重点。19世纪末，人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候，出现了所谓的“紫外灾难”。瑞利、金斯和维恩分别提出了两个公式，但是和实验相比，瑞利—金斯公式只在低频范围符合，而维恩公式只在高频范围符合。1900年，普朗克使用插值法将两个公式合二为一提出了普朗克公式。为了与实验相符，必

5、须假定物质辐射（或吸收）的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子，辐射频率是ν的能量的最小数值E=hν。普朗克当时把它叫做基本作用量子，h普朗克常数。1918年诺贝尔物理学奖授予普朗克，以承认由于他发现能量子对物理学的进展所作的贡献。爱因斯坦康普顿光电效应以及康普顿效应等无可辩驳的证实了光是一种粒子．光不仅在发射中，而且在传播过程中以及在与物质的相互作用中，都可以看成能量子。爱因斯坦称之为光量子，也就是后来所谓的光子(photon)。光子是人类继电子后认识到的第二个基本粒子，不带电，呈中性。因为电磁场是一种恒以光速c

6、运动的物质，它的静止质量为零。实物具有微粒结构，电磁场也具有微粒结构，构成电磁场的基本粒子就是光子。电磁场可以被看做是波动性和粒子性矛盾的统一体。它是一系列的波，同时又是光子的集合。体现其粒子性的能量和动量，与体现其波动性的频率和波长不可分割地联系在一起。结论：爱因斯坦的光子论非牛顿微粒说的复旧，而是人类对于光和电磁场这类物质认识上的一个飞跃。在反射、折射、干涉、衍射、色散等现象中，波动性往往成为主要矛盾方面，光便表现出像波。在黑体辐射、光致发光、光电效应，以及其他一些有关光的产生和转化的现象中，粒子性往往成为主要矛盾方面，光便表现出像粒子。不同条件下主要矛盾方面会

7、发生转化人类关于波粒二象性的认识并没有停留于此，1924年爱因斯坦提出光子概念后不到20年，年轻的法国物理学家德布罗意提出了“物质波”概念。论证了微观粒子也具有波动性。正是人们认识到了微观粒子所具有的波粒二象性的特征，才建立起了描述其运动状态变化规律的量子力学理论。他的观点得到电子衍射等实验的证实。他认为不仅光具有波粒二象性，所有的实物粒子，都具有波粒二象性。波动理论：光是频率为ν的电磁波；量子理论：一定频率的光对应一定能量的光子；光的波、粒二重性,统一起来。E=hν之间的关系；完全彻底的认识了?γ射线的光子可以变成两个带相反电荷的电子和阳电子，表明光子与电子之