輻射度量與光度量

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1、第一章光電信號檢測技術基礎第一節(jié)輻射度量與光度量一、光的本質二、光輻射度量三、光譜輻射度量四、光度量一、光的本質光具有波粒二象性，既是電磁波，又是光子流。歷史上的重要人物惠更斯（1629-1695）、牛頓（1643-1727）托馬斯·楊（1773-1829）、費涅耳（1778-1827）麥克斯韋（1831-1879）普朗克（1858-1947）愛因斯坦（1879-1955）、波爾（1885-1962）一張凝結了20世紀全人類三分之一智慧的照片牛頓-微粒說光是直線傳播的微粒流。17世紀--兩種對立的學說。三：發(fā)現(xiàn)了“牛頓環(huán)”“微粒說：微粒從光源飛出，質量極小，忽略重力作用，在真空或均勻

2、媒質中做慣性運動，并且走的是最快速的直線運動路徑。二：公元1668年，他制成了第一架反射望遠鏡樣機三大貢獻:一：發(fā)現(xiàn)了白光是由各種不同顏色的光組成的惠更斯：波動說,光是在以太中傳播的波動。波動學說，打破了當時流行的光的微粒學說，提出了光波面在媒體中傳播的惠更斯原理?；莞乖O想傳播光的以太粒子非常之硬，有極好的彈性，光的傳播就像振動沿著一排互相銜接的鋼球傳遞一樣，當?shù)谝粋€球受到碰撞，碰撞運動就會以極快的速度傳到最后一個球。提出光是發(fā)光體中微小粒子的振動在彌漫于宇宙空間的以太中的傳播過程。光的傳播方式與聲音類似，不是微粒說所設想的像子彈或箭那樣的運動。微粒說在解釋光線從空氣進入水中的折射

3、現(xiàn)象時，需要假設；C水>C空氣這兩種學說都可以解釋一定的光學現(xiàn)象（光的反射和折射）。而波動說需要假設C水

4、輻射是十九世紀發(fā)展起來的一個物理學新領域，它的研究得到了熱力學和光譜學的支持。十九世紀末，物理學正是從這個領域打開了一個缺口，導致了量子論的誕生。在熱輻射的研究中，熱輻射的輻射能量，特別是這一輻射的能量隨波長分布的特性，往往是物理學家研究的重點。19世紀末，人們用經(jīng)典物理學解釋黑體輻射實驗的時候，出現(xiàn)了所謂的“紫外災難”。瑞利、金斯和維恩分別提出了兩個公式，但是和實驗相比，瑞利—金斯公式只在低頻范圍符合，而維恩公式只在高頻范圍符合。1900年，普朗克使用插值法將兩個公式合二為一提出了普朗克公式。為了與實驗相符，必須假定物質輻射（或吸收）的能量不是連續(xù)地、而是一份一份地進行的，只能取某

5、個最小數(shù)值的整數(shù)倍。這個最小數(shù)值就叫能量子，輻射頻率是ν的能量的最小數(shù)值E=hν。普朗克當時把它叫做基本作用量子，h普朗克常數(shù)。1918年諾貝爾物理學獎授予普朗克，以承認由于他發(fā)現(xiàn)能量子對物理學的進展所作的貢獻。愛因斯坦康普頓光電效應以及康普頓效應等無可辯駁的證實了光是一種粒子．光不僅在發(fā)射中，而且在傳播過程中以及在與物質的相互作用中，都可以看成能量子。愛因斯坦稱之為光量子，也就是后來所謂的光子(photon)。光子是人類繼電子后認識到的第二個基本粒子，不帶電，呈中性。因為電磁場是一種恒以光速c運動的物質，它的靜止質量為零。實物具有微粒結構，電磁場也具有微粒結構，構成電磁場的基本粒子

6、就是光子。電磁場可以被看做是波動性和粒子性矛盾的統(tǒng)一體。它是一系列的波，同時又是光子的集合。體現(xiàn)其粒子性的能量和動量，與體現(xiàn)其波動性的頻率和波長不可分割地聯(lián)系在一起。結論：愛因斯坦的光子論非牛頓微粒說的復舊，而是人類對于光和電磁場這類物質認識上的一個飛躍。在反射、折射、干涉、衍射、色散等現(xiàn)象中，波動性往往成為主要矛盾方面，光便表現(xiàn)出像波。在黑體輻射、光致發(fā)光、光電效應，以及其他一些有關光的產(chǎn)生和轉化的現(xiàn)象中，粒子性往往成為主要矛盾方面，光便表現(xiàn)出像粒子。不同條件下主要矛盾方面會發(fā)生轉化人類關于波粒二象性的認識并沒有停留于此，1924年愛因斯坦提出光子概念后不到20年，年輕的法國物理學

7、家德布羅意提出了“物質波”概念。論證了微觀粒子也具有波動性。正是人們認識到了微觀粒子所具有的波粒二象性的特征，才建立起了描述其運動狀態(tài)變化規(guī)律的量子力學理論。他的觀點得到電子衍射等實驗的證實。他認為不僅光具有波粒二象性，所有的實物粒子，都具有波粒二象性。波動理論：光是頻率為ν的電磁波；量子理論：一定頻率的光對應一定能量的光子；光的波、粒二重性,統(tǒng)一起來。E=hν之間的關系；完全徹底的認識了?γ射線的光子可以變成兩個帶相反電荷的電子和陽電子，表明光子與電子之