光学

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光是如何产生的

光是一种电磁波,光是由原子跃迁产生的。 原子(或分子、离子)总是力图使自己的能量状态处于基态上,被激发到高能级后的粒子,力图回到基态上去,与此同时放出激发时所吸收的能量从而产生光子。基态是粒子能量最平衡最稳定的状态,从高能级回到低能级去的过程称为跃迁。

分类

几何光学

反射 折射 菲涅耳方程 斯涅尔定律 费马原理 马吕斯定理 布儒斯特定律 透镜 实像 虚像 像差 像散 色差

经典光学(近代光学)

认为光是一种电磁波,它研究的是大量([math]{{10}^{20}}[/math]/s量级以上)光子统计平均的结果。

清华大学经典光学课程

干涉 衍射 散射 双缝干涉 迈克耳孙干涉仪 马赫-曾德尔干涉仪 法布里-珀罗干涉仪 惠更斯-菲涅耳原理 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 夫琅禾费衍射 菲涅耳衍射 光栅瑞利 散射米氏散射 光的色散 偏振 傅里叶光学

基本电磁定律

麦克斯韦方程组总共有四个方程,分别描述了静电(高斯电场定律)、磁生电(法拉第定律)、静磁(高斯磁场定律)、电生磁(安培-麦克斯韦定律)。

  • 真空中的麦克斯韦方程组

[math]\left\{ \begin{matrix} \nabla \cdot E=\rho /{{\varepsilon }_{0}} \\ \nabla \times E=-\frac{\partial B}{\partial t} \\ \nabla \cdot B=0 \\ \nabla \times B={{\mu}_{0}}j+{{\mu}_{0}}{{\varepsilon }_{0}}\frac{\partial E}{\partial t} \\ \end{matrix} \right.[/math]

第二个方程为楞次定律,第四个方程为安培定律。 其中,[math]{{\varepsilon }_{0}}[/math][math]{{\mu }_{0}}[/math]分别称为电常数和磁常数。


  • 介质中的麦克斯韦方程组

[math]\left\{ \begin{array}{*{35}{l}} \nabla \cdot \mathbf{D}=\rho \\ \nabla \times \mathbf{E}=-\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial \text{t}} \\ \nabla \cdot \mathbf{B}=0 \\ \nabla \times \mathbf{H}=\mathbf{J}+\frac{\partial \mathbf{D}}{\partial \text{t}} \\ \end{array} \right.[/math]


[math]\text{D}=\varepsilon \text{E}\ \ \ \,\text{B}=\mu \text{H}\ \ \ \,\text{J}=\sigma \text{E}[/math]


  • 波的微分表示形式

一维形式:[math]\frac{{{\partial }^{2}}y}{\partial {{x}^{2}}}=\frac{1}{{{u}^{2}}}\frac{{{\partial }^{2}}y}{\partial {{t}^{2}}}[/math]

三维空间形式:[math]\frac{\partial^{2} \xi}{\partial x^{2}}+\frac{\partial^{2} \xi}{\partial y^{2}}+\frac{\partial^{2} \xi}{\partial z^{2}}=\frac{1}{u^{2}} \frac{\partial^{2} \xi}{\partial t^{2}}[/math]

哈密顿算符表示:[math]{{\nabla }^{2}}\xi =\frac{1}{{{\mu }^{2}}}\frac{{{\partial }^{2}}\xi }{\partial {{t}^{2}}}[/math]

现代光学

光具有粒子性。

激光光谱学 量子光学 非线性光学 晶体光学

光学工程

光子学 光纤光通讯 光学仪器 显微镜 望远镜

自然光象

晕幻 日日柱火 彩虹 月虹 华光环 彩云 海市蜃楼 绿闪光环 天顶弧 草露宝光

物理学者

菲涅耳 夫琅和费 海什木 惠更斯 牛顿 瑞利 斯涅尔 托马斯·杨

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电磁场与电磁波