第二章 光电检测技术基础课件.ppt

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1、光的本性“光”，是我们十分熟悉的对象。我们天天接触光，处处利用光。光是人类生存的基础，是美化世界的信使，是生产发展的工具。对地球而言，太阳是最大的光源，宇宙间的恒星，全都是发光体。虽然我们生活在光的世界，时刻感觉道光的存在，但是我们对于光的本性的认识却经历了漫长的岁月，这种认识过程知道现在还在继续着。第二章光电检测技术基础十七世纪之前：——感性认识阶段墨翟《墨经》（公元前468—公元前376）欧几里德《光学》（公元前330—公元前275）经验规律——平面镜成像，反射定律光的触须说十七世纪：——几何光学、光学仪器利佩尔兹：1608年，荷兰的利佩尔兹发明望远镜开普勒（1571—1630）：

2、研制开普勒天文望远镜，1611年著作《折光学》，提出照度定律，得出折射角和入射角近似成正比关系，解释近视眼和远视眼原因斯涅儿：1621年在一篇文章中给出入射角的余割和折射角的余割之比为常数笛卡尔：1620年给出用正弦函数表述的折射定律费马：1657年指出光在介质中传播时所走路程取极值的原理——费马原理，并根据这个原理推出光的反射和折射定律十七世纪中叶，几何光学基础基本奠定牛顿：1672年完成三棱镜色散实验，发现了牛顿圈，1704年出版《光学》一书中提出光的微粒说光的微粒说可以解释反射和折射定律，但不能解释牛顿圈惠更斯：1678年创建光的波动说，提出次波原理仍局限在几何光学方面，没有指出

3、光现象的周期性，没有提到波长、相位的概念，不能说明干涉、衍射等有关光的本性的现象十八世纪：光的理论没什么进展，大多说科学家接受了光的微粒说十九世纪：——光的电磁理论托马斯—杨：1801年用双缝显示了光的干涉现象，第一次成功的测定了光的波长，用干涉原理令人满意的解释了白光照射下薄膜颜色的由来菲涅尔：1815年用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，形成了惠更斯—菲涅尔原理，不仅可以解释光在各向同性介质中的直线传播，还可以解释光绕过障碍物的衍射现象，是波动光学一个非常重要的原理法拉第：1845年发现了光的震动在强磁场中的旋转，揭示光学现象和电磁现象的内在联系韦伯：1856年发现电荷的电磁单位和静电

4、单位的比值等于真空中的光速300000000米/秒麦克斯韦：1860年提出光是电磁波的理论电磁波（在真空中C=2.9979250X108米/秒）与光的速度完全一样，并且都不需要传播媒质；电磁波的理论都可以用来描述光的各种现象，理论与实践在许多方面都很吻合。光的电磁理论揭示了光的电磁本质，使人们对光本性的认识大大提高了一步。波的频率是由波源确定的，它就等于波源震动的频率，而波速是由媒质决定的波传播的速度（简称波速）V和波长λ、周期T（或频率f）的关系是：一个完整的波的长度，叫做波长，用符号λ表示。波前进一个波长所需的时间，叫做波的周期，用符号T表示。它也等于媒质中的点振动一次的时间（单位

5、用秒）。周期T的倒数是波的频率，用符号f表示，是指单位时间内波前进距离内完整波的数目，（单位用次/秒，叫做赫兹）。电磁波在不同媒质传播时，它的速度是不同的，但都比真空中的速度C要小。光在空气中的速度略小于C，通常可用C来近似，光在水中的传播速度只有C的四分之三，在玻璃中的传播速度是C的三分之二。在真空中，电磁波的速度、波长、频率之间的关系为C=λ·f由于光波的波长很短，用米或厘米作单位都嫌太大，而采用更小的单位微米（µm）、纳米（nm）和埃（À），它们之间的换算关系为：1m=103mm=106µm=109nm=1010À二十世纪——光的波粒二象性光的电磁理论所遇到的主要困难是不能解释光

6、和物质相互作用的某些现象，例如炽热黑体辐射中能量随波长分布的问题，特别是1887年赫兹发现的光电效应。普朗克：1900年提出量子假说，认为各种频率的电磁波（包括光），只能像微粒似得以一定最小份的能量发生（它称为能量子，正比于频率），成功的解释了黑体辐射问题，开始了量子光学时期。爱因斯坦：1905年发展了普朗克的能量子假说，把量子论贯穿到整个辐射和吸收过程中，建立了他的“光子学说”。他认为光波的能量是“量子化”的，辐射能量是由许多分立能量元组成，这种能量元称为“光子”。“光子”不同于牛顿微粒说中的粒子，“光子”是和光的频率相联系的，光同时具有微粒和波动两种特性。光具有波粒二象性，既是电磁

7、波，又是光子流。波粒二象性是光的属性，反映了“光”这个统一物两个矛盾着的侧面，在某些情况下，它主要表现为波动性，而在另外一些情况下，它又主要表现为粒子性。例如，光在传播过程中，主要表现它的波动性，但当光与物质相互作用发生能量交换时就突出的显示出它的粒子性。有关光的一些基本概念【光】严格地说，光是人类眼睛所能观察到的一种辐射。由实验证明光就是电磁辐射，这部分电磁波的波长范围约在紫光的0.38微米到红光的0.78微米之间。波长在0.78微米以上到1