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總結光學(完)

news 2025/12/15 11:22:11

參考：

陈曦<<光学讲义>>http://ithatron.phys.tsinghua.edu.cn/downloads/optics.pdf

1 波动光学

最简单的一种波是平面波。...........

一个波的波前是指相位相同的点构成的面。波的传播方向垂直于波面。 我们在此将讨论的光波特指波长远大于原子尺度又远小于常用光学元件的尺 寸（厘米量级）的电磁波，涵盖从红外到紫外的波段。用于处理光波的光学元件通常是基于折射和反射效应。

1.1 光的产生

一般地，光源分为热光源和激光两类。

热光源的辐射功率与发光体的热力学状态直接相关。

光子产生于作为光源的 一个宏观多体系统从其激发态到基态的跃迁。

每个光子的产生都是一个近乎独立的事件，因此不同的光子之间缺乏关联。

系统的能级结构决定了有哪些频率的光能出现在发光光谱中。

系统处于各激发态的几率决定了不同频率的光的发光强度。

对于热平衡态，这个几率由温度决定。

例如黑体辐射产生于一个有连续能级机构的系统。

气体中的分子有分立的能级结构。

对于较稀薄 的气体各分子近乎独立地辐射光子，因此光谱也呈现分立结构。

由于能级的寿命、多普勒效应、分子间的碰撞，谱线会有展宽。

发光二极管（LED）已经变得很普及。其辐射的光子来源于电子从半导体的导带向价带的跃迁。

根据半导体材料的不同，光谱的范围也不同，通常有几十个nm的展宽。

激光由谐振腔和增益介质组成。

谐振腔中只有某些频率的光可以产生共振， 在腔体中建立起来电磁场的驻波。由于腔体两端的反射镜损耗很低，所以共振谱线的展宽很小，进而有很好的相干性。

少部分能量可以通过反射镜到达腔外形成高度相干、高度准直的激光。

为了使这种驻波能够形成并维持下去，腔中需要有增益介质。该介质由外界输入能量进行激发。

如果介质激发态向基态跃迁的能量与驻波的相同，则处于激发态的介质通过所谓受激辐射过程

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