光辐射的传播
光的三种辐射过程
光的三种辐射过程在探讨光的本质和特性时，我们不能忽视其与辐射的紧密联系。
光，作为电磁波的一种，具有特定的辐射过程。
这些过程主要可以分为三种：自发辐射、受激辐射和受激吸收。
为了深入理解这些过程，我们需要先了解一些基础知识。
首先，辐射是由原子内部电子状态的改变所产生的。
在原子中，电子围绕原子核运动，处于不同的能级。
当电子从高能级跃迁到低能级时，它会释放出能量，这种能量以电磁波的形式向外传播，这就是我们所说的辐射。
1. 自发辐射：这是最基础的一种辐射过程。
在高能级的原子，由于能量涨落，会自发地跳到低能级，并在跳下的过程中释放出一个光子。
这个过程是随机的，不依赖于外界的刺激。
所有的发光现象，如萤火虫发光、白炽灯发光等，都是自发辐射的结果。
2. 受激辐射：当一个光子与一个处于高能级的原子相遇时，这个光子有可能被原子吸收，使原子跳到更高的能级。
然而，这个高能级的原子并不稳定，它会很快地自发地跳回低能级，并在跳下的过程中释放出一个与原先被吸收的光子能量相同的光子。
这个过程就是受激辐射。
受激辐射产生的是相干光，因为从同一激发态跳回的两个光子有相同的频率和相位。
激光的原理就是基于受激辐射。
3. 受激吸收：与受激辐射相反，当一个光子与一个处于低能级的原子相遇时，这个原子有可能吸收这个光子的能量，跳到更高的能级。
这个过程就是受激吸收。
受激吸收是产生激光的一个重要步骤，因为在激光器中，首先需要通过受激吸收将电子激发到高能级，然后通过受激辐射产生激光。
以上就是光的三种辐射过程：自发辐射、受激辐射和受激吸收。
这三种过程是光与物质相互作用的重要方式，不仅决定了光的产生和传播方式，也影响了我们对光的理解和应用。
光辐射的定义
光辐射的定义
光辐射是指太阳或其他光源发出的能量在空间中的传播。
光辐射是一种电磁波，它可以在真空和大气中传播，而且不需要介质。
光辐射可以被分为可见光、紫外线、红外线和其他波长的辐射。
首先，让我们来谈谈可见光。
可见光是人类能够看到的光波段，它包括红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫七种颜色。
可见光的波长范围大约在380纳米到780纳米之间。
人类的眼睛能够感知这个波长范围内的光线，所以我们能够看到各种各样的颜色。
紫外线是一种比可见光波长更短的辐射，它的波长范围大约在10纳米到400纳米之间。
紫外线可以被分为紫外A、紫外B和紫外C三个波段。
紫外线对人体有一定的危害，长时间暴露在紫外线下容易导致皮肤晒伤、皮肤癌等疾病。
再来说说红外线，它是一种比可见光波长更长的辐射，波长范围大约在780纳米到1毫米之间。
红外线在日常生活中有着广泛的应
用，比如红外线热感应器、红外线摄像机等设备都是利用红外线的特性来进行工作的。
除了上述三种光辐射外，还有其他波长的辐射，比如微波、射线等。
这些辐射在医学、通讯、科研等领域都有着重要的应用。
总的来说，光辐射是一种重要的能量形式，它给我们的生活带来了诸多便利，但同时也需要我们做好防护措施，避免对身体造成伤害。
希望大家能够对光辐射有更深入的了解，这样才能更好地应用和保护它。
光辐射
光辐射光辐射光辐射是一个十分广泛和复杂的主题，它与我们日常生活息息相关，也是我们认识世界的重要途径之一。
光辐射是指太阳或其他光源发出的能量在空间中以一种波动的方式传播的现象。
本文将从光的本质、光辐射的特性、光的应用等方面探讨光辐射的相关知识。
首先，我们来了解一下光的本质。
根据物理学理论，光是由电磁波构成的。
电磁波是一种能够传播能量的振动，它包括电场和磁场的振动。
光属于电磁波中的一种，在电磁波谱中处于可见光的范围。
可见光是人眼可见的波长范围，大约在400纳米到700纳米之间。
光辐射具有诸多特性，其中最显著的特性是光的速度和传播方式。
根据爱因斯坦的相对论理论，光在真空中传播的速度是不变的，约为每秒299,792,458米。
这一速度被称为光速，是宇宙中最快的速度。
光的传播方式是波动传播，光波具有振幅、频率和波长等特征。
振幅决定了光的强弱，频率决定了光的颜色，而波长则是光的大小。
了解光的本质和特性后，我们可以看到光辐射在许多领域都有着广泛的应用。
首先是照明领域，人们通过利用光源发出的光辐射来达到照明的目的。
人们使用各种各样的灯泡和灯具来产生光辐射，使得室内和室外环境变得明亮。
其次是通信领域，光辐射在光纤通信中起着至关重要的作用。
光纤通信是一种高速、大容量、远距离传输信息的技术，它将信息通过光辐射在光纤中传播，从而实现了快速可靠的通信。
此外，在医学领域，激光是一种利用光辐射进行治疗和手术的重要工具。
激光切割、激光照射和激光治疗等技术已经广泛应用于眼科、皮肤科和牙科等领域，为患者提供了更好的治疗效果。
光辐射也对生物学和环境产生了重要影响。
太阳光是地球上的主要能量来源，它提供了植物光合作用所需的能量，维持了地球生态系统的平衡。
然而，过量的紫外线辐射对人类和其他生物的健康是有害的，它会引发皮肤癌和眼疾等疾病。
因此，正确地利用和保护光辐射对于维护健康和环境的重要性不言而喻。
总结起来，光辐射作为一种广泛存在于我们生活中的现象，具有丰富的知识和广泛的应用。
光是如何传播的的影响
光是如何传播的的影响光是如何传播的影响光是一种电磁辐射，在自然界中起着至关重要的作用。
它不仅给我们带来了光亮和温暖，还影响着我们的生活和环境。
本文将探讨光的传播方式及其对我们的影响。
一、光的传播方式1. 直线传播光在真空中以直线传播，这是由于光具有波粒二象性的特性。
在真空中，光波的传播路径是直线，不会发生偏折。
2. 折射传播当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
折射是由于不同介质的光传播速度不同引起的。
当光从光密介质传播到光疏介质时，会向法线方向弯曲；相反，当光从光疏介质传播到光密介质时，会离开法线方向弯曲。
3. 反射传播当光束遇到一个表面时，可能发生反射现象。
反射是光线遇到物体表面后返回原来介质的现象。
根据反射定律，入射角等于反射角。
二、光的影响1. 视觉光是我们视觉世界的来源。
人类的眼睛可以感光，并将光信号转化为神经信号传送到大脑，使我们看到周围的事物。
光的颜色、亮度和方向都会影响我们的视觉感知。
2. 光合作用光合作用是光能转化为化学能的过程，是植物进行养分合成和生长发育的重要方式。
光合作用对地球的生态系统起着至关重要的作用，它使植物能够吸收二氧化碳并释放氧气。
3. 气候与气象光的强度和分布方式对气象和气候产生显著的影响。
太阳光的辐射产生了温暖和热量，影响了大气的温度分布和气候模式。
此外，光的反射和散射也会导致云的形成和天气的变化。
4. 光通信光传播在通信领域扮演着重要角色。
光纤通信利用光的传播特性，使信息可以以光的形式传输，具有高速、高带宽和低损耗的优势。
光通信已成为现代社会不可或缺的通信手段。
5. 生物节律光对生物的生物节律和行为模式有重要影响。
光的强度和色彩可以调节人体的生物钟，影响我们的睡眠、饮食和活动习惯。
结论光是如何传播的，影响着我们的生活和环境。
它通过直线传播、折射传播和反射传播等方式在空气、水和固体介质中传播。
光的影响包括视觉、光合作用、气候与气象、光通信和生物节律等方面。
光的三种传播方式
光的三种传播方式
光的三种传播方式
光是一种电磁辐射现象，不同于声波等传播方式，光的传播是由电磁波的振荡引起的。
光的三种传播方式分别是直线传播、散射传播和折射传播。
一、直线传播
光在空气、真空等均匀介质中传播时呈直线传播。
直线传播是光最常见的传播方式，也是最容易理解的一种传播方式。
当光通过均匀介质时，它的速度和方向保持不变，因此可以直线传播。
二、散射传播
散射传播是指光在介质中碰到杂质或者是粗糙表面时，其传播方向会发生变化。
物体表面的粗糙程度和小物体的存在都可能导致散射现象。
散射传播方式也是很常见的一种传播方式，例如，我们看到的蓝天和黄昏时的红晕就是因为光在大气中发生了散射。
三、折射传播
折射传播是指当光线在不同密度的介质之间传播时，由于速度的改变，光线方向的改变也随之发生。
因此，折射传播也叫做折射。
这种传播方式可以由折射定律描述：当光线由一种介质进入另一种介质时，折射角度和入射角
度之间的关系为n1sinθ1=n2sinθ2，其中n1和n2分别代表两种介质的折射率，θ1为光线入射角度，θ2为光线折射角度。
举个例子，我们可以用一个玻璃棱镜来展示折射现象。
当光穿过玻璃棱镜时，由于其折射率高于空气，光线就会被弯曲，因此我们才能看到棱镜的不同颜色。
总结
光的传播方式是直线传播、散射传播和折射传播。
这些传播方式不仅是我们日常生活中常见的现象，而且在科学研究和工程应用中也具有重要意义。
通过深入理解这些传播方式，我们可以更好地了解和利用光这一重要物理现象。
光的直线传播 光速
光的直线传播和光速1. 光的直线传播光是一种电磁辐射，其在真空中的传播具有直线性特征。
这意味着光在没有受到其他介质的影响时，能够以直线的方式传播。
光的直线传播是光学研究中的重要概念，也是光信号传输和光通信技术的基础。
1.1 光的波动特性光既可以表现为粒子（光子）的行为，也可以表现为波的行为。
根据量子力学的理论，光的传播实际上是通过一系列光子的传递完成的。
然而，在宏观尺寸上，光的传播表现出波动的特性，例如干涉、衍射和偏振等现象。
1.2 光的传播路径当光在真空中传播时，它会沿着直线路径前进，不受外力或其他介质的干扰。
这种直线传播的特性使得光在空间中的传输变得相对简单和可靠。
然而，在介质中传播时，光的传播路径会受到介质折射率的影响，从而出现折射和反射现象。
1.3 光的传播速度根据现代物理学的研究结果，光在真空中的传播速度是一个常数，即光速（c）。
根据国际单位制（SI）的定义，光速的数值为299,792,458米/秒。
光速的这种恒定性是相对论的基本原理之一，它对于电磁波传播和相关技术的研究具有重要意义。
2. 光速光速是指光在真空中传播的速度。
在自然界中，光速是最快的速度，也是宇宙中最基本的常数之一。
光速对于科学和技术领域的研究有着广泛的影响。
2.1 光速的定义光速（c）在国际单位制中被定义为299,792,458米/秒。
这个数值是通过实验测量得到的，并被广泛接受为真空中光传播的速度。
2.2 光速的意义光速的恒定性导致了许多有趣的科学发现和技术应用。
首先，由于光速是最快的速度，所以它是测量距离、时间和速度的基准。
其次，光速的恒定性与相对论的理论一致，为相对论物理学的发展提供了重要的基础。
此外，光速还在光学通信、激光技术、光电子学和光纤传输等领域具有重要的应用价值。
2.3 光速与光学通信光速在光学通信领域中扮演着重要的角色。
由于光速的快速和直线传播的特性，光被广泛应用于光纤通信系统中。
光纤传输能够实现高速、大容量、低延迟的数据传输，已成为现代通信网络的重要组成部分。
光是如何传播的
光是如何传播的光是一种电磁辐射波动，也是人们生活中不可或缺的重要元素。
从太阳光的照耀到电脑屏幕上的显示，光的传播无处不在。
那么，光是如何传播的呢？一、光的传播方式光有两种主要的传播方式，即直线传播和波动传播。
直线传播：当光在真空中或空气中传播时，它会直线传播。
这是因为光没有受到外力的作用，所以它会沿直线路径前进，类似于我们扔出的物体在空中自由落体。
波动传播：当光通过介质（如水、玻璃等）传播时，它会发生波动传播。
这是因为光的传播是通过波动传递能量的方式进行的。
光波会在介质中以一定的速度传播，同时发生折射、反射和散射等现象。
二、光的传播速度光的传播速度是一个常数，值约为每秒30万千米。
在真空中，光的传播速度最大，称为光速，并且光在不同介质中的传播速度是有差异的。
例如，光在水中传播的速度要比在空气中慢。
三、光的传播路径光的传播路径取决于其遇到的物体或界面。
当光从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象。
折射是指光线改变传播方向的现象，如光从空气射向水中时，会发生向下弯曲的折射。
除了折射外，光还会发生反射和散射。
反射是指光线撞击物体表面后发生反弹的现象，如光从镜子上反射。
散射是指光线遇到物体而改变传播方向的现象，如光在云朵中散射形成彩虹。
四、光的传播原理光的传播原理可以通过光的粒子理论和波动理论来解释。
光的粒子理论认为，光是由一些微小的粒子，即光子组成的。
这些光子在传播过程中以粒子的形式进行传递。
光的粒子理论解释了一些光的特性，如光的直线传播和光的反射。
而光的波动理论则认为，光具有波动的性质，类似于水波或声波。
光的波动理论可以解释光的折射和干涉等现象，也可以解释光的波长和频率等特性。
五、光的传播应用光的传播在科学、技术和日常生活中具有广泛的应用。
在科学研究中，光的传播被用于研究天文学、光学等领域。
光学显微镜和望远镜等仪器依赖于光的传播来帮助科学家观察和研究微观和宏观世界。
在技术应用中，光的传播被用于光纤通信、激光技术和光电子学等领域。
光(电磁辐射)传播的解析理论(三)：光(电磁辐射)传播的平面解析
解析宇宙学光(电磁辐射)传播的解析理论(三)光(电磁辐射)传播的平面解析周坚/2012年8月13日博客网站：/?zhzhjjjj在上一章节中我们已经对光（电磁辐射）传播全过程进行了代数化处理，在引进周坚数轴后，为我们建立光（电磁辐射）传播全过程的平面解析理论奠定了坚实基础。
在这一章节中，我们就从笛卡尔平面直角坐标系入手，通过引进周坚平面直角坐标系，建立在周坚平面直角坐标系中的光（电磁辐射）传播方程，开始一步一步的实现对光（电磁辐射）传播全过程的平面解析，这是将光（电磁辐射）传播全过程进行代数化处理后的后续任务。
3.1 笛卡尔平面直角坐标系几何图形是非常直观的，而代数方程却是比较抽象的，能不能把几何图形与代数方程结合起来，也就是说能不能用几何图形来表示方程呢？这就是当年的法国哲学家和数学家笛卡尔所思考的问题。
在同一个平面上互相垂直且有公共原点的两条数轴构成平面直角坐标系，简称为笛卡尔平面直角坐标系。
通常，两条数轴分别置于水平位置与铅直位置，取向右与向上的方向分别为两条数轴的正方向。
水平的数轴叫做X轴或横轴，竖直的数轴叫做Y轴或纵轴，X轴或Y轴统称为坐标轴，它们的公共原点O称为笛卡尔平面直角坐标系的原点。
X轴和Y轴把坐标平面分成四个象限，右上面的称之为第一象限，其他三个部分按逆时针方向依次称之为第二象限、第三象限和第四象限。
象限以数轴为界，横轴、纵轴上的点及原点不属于任何象限。
图3.1就是一个笛卡尔平面直角坐标系示意图。
笛卡尔创立了平面直角坐标系后，一切平面几何形状都可以用代数公式明确的表达出来，一切平面几何形状上的每一个点的直角坐标都遵守这个代数公式。
如此一来，平面几何上的点与有序数组之间就建立了联系，从此就沟通了平面几何图形与数的研究。
3.2 具有解析宇宙学意义的平面直角坐标系笛卡尔创立平面直角坐标系，为我们在代数和几何上架起了一座桥梁，它使几何概念用数来表示，几何图形用代数形式来表示。
但是，在宇宙学研究方面，笛卡尔平面直角坐标系的应用受到了限制，因为包括恒星、星系、星系团等等的天体距离我们非常遥远，我们根本就不可能用皮尺等测量工具去精确测量它们的距离，我们只能通过它们辐射出来的光（电磁辐射）传播到我们面前来感受，因此，我们必须在光（电磁辐射）传播上和有序数组之间建立起它们的联系。
2_1 光波在大气中的传播
射望远镜出口处的束宽W0关系密切.
漂移角的均方值
2 a
1.75Cn2 LW01/ 3
光束越细，漂移就越大。采用宽光束可减小漂移。
3.空间相位起伏 dB l —湍流使光束波前发生随机偏折； —若在透镜的焦平面上接收光信号，会发现像点抖动。
2.1 光波在大气中的传播
第2章 光辐射的传播
问题：
1. 什么是大气窗口？ 2. 什么是大气湍流效应（表现形式）？
I0
为大气衰减系数（km-1）
此即描述大气衰减的朗伯定律，表明光强随传输距离的 增加呈指数规律衰减。
km m ka a
km和m—分别为大气分子的吸收和散射系数；
ka和a —分别大气气溶胶的吸收和散射系数.
工程应用中，衰减系数常用单位为（1/km）或（dB/km) .
(dB/km)=4.343(km-1)
水平传输情况下可以证明光束曲率为 c dN 79 dP 79P dT dh T dh T 2 dh
C>0，光束向下弯曲；c<0，光束向上弯曲。实验发现，一般 情况下白天光束向上弯曲；晚上光束向下弯曲。
2.1 光波在大气中的传播
第2章 光辐射的传播
对于光束漂移，理论分析表明，其漂移角与光束在发
气溶胶对光波的衰减包括气溶胶的吸收和散射。
气溶胶的散射米氏散射，与波长的关系不如瑞利散射 强烈.
① 晴朗、霾、雾大气的衰减
只考虑气溶胶衰减， T exp( a L) a A q
2.1 光波在大气中的传播
第2章 光辐射的传播
根据气象上对能见度V（km）的定义可求得
a (3.91/V ) ( / 0.55)q
2.1 光波在大气中的传播
第2章 光辐射的传播
太阳光是如何到达地球的
太阳光是如何到达地球的？
太阳光是通过光的传播方式到达地球的。
下面是太阳光到达地球的一般过程：
1. 太阳核聚变：太阳核心内部发生了氢聚变反应，将氢原子核（质子）转化为氦原子核释放出能量。
2. 光子辐射：在太阳内部反应中，产生了大量的光子（光的基本单位），这些光子以高速向外传播，形成太阳光。
3. 真空传播：太阳光在太阳内部通过真空（没有介质的空间）传播，因为真空没有阻碍或散射光的物质。
4. 光的扩散：当太阳光离开太阳时，它会通过太阳边缘的外层大气，在这个过程中，光受到大气分子的散射影响，逐渐扩散开来。
5. 大气层穿透：太阳光进入地球的大气层后，会继续向下传播。
在大气层中，太阳光会与大气中的分子和粒子发生相互作用，部分光被散射、反射或吸收，而剩下的光则继续穿过大气层。
6. 表面吸收：当太阳光到达地球表面时，它会被地球上的物体吸收，如陆地、海洋、植物等。
吸收后的能量被物体转化成热能或化学能，导致地球表面温度的升高。
总的来说，太阳光通过真空传播以及大气层的扩散，最终到达地球表面。
这个过程中，太阳光与大气和地球上的物体相互作用，对地球的气候、生态和生物活动起着重要的作用。
光电子技术第二章1
各级衍射光强都将将随时间以两倍于声波的频率被调制。
声驻波对衍射光频率的影响
◆典型拉曼一奈斯声光衍射实验装置 拉曼-奈斯声光衍射
(1)声光介质
对声光介质的要求是：声光品质因数尽量高，对声波 的吸收足够小，在要求的通光波段范围内透过率高。
太阳辐射在大气中的减弱
此即为描述大气衰减的朗伯定律．它表明光强随传输 距离的增加呈指数规律衰减。
衰减系数描述了吸收和散射两种独立物理过程对传 播光辐射强度的影响．所以可表示为:
单位：
km m ka a
1．大气分子的吸收
定义：光波在大气中传播时．大气分子在光波电场 的作用下产生极化，并以入射光的频率做受迫振动。 所以为了克服大气分子内部阻力要消耗能量，表现 为大气分子的吸收。
m
上式中与第m级衍射有关的项为：
Em E0eims t
E CqJ v sinqmks k0 sin B/ 2
m
qmks k0 sin / 2
因为函数sinc函数在χ= 0 时取极大值，因此有衍射
极大的方位角θm由下式决定：
s in m
m ks ki
例如：振荡电偶极子辐射。
+q .
+q .
q.
q.
+q q
.
+q . q.
【补充：极化】
大气窗口：通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段 称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有: 紫外、可见光和 近红外波段。
大气窗口按所属范围不同分为光学窗口、红外窗口 和射电窗口。
第四章 光辐射在介质中的传播
子午光线的轨迹：
z=∫
r
0
[n
n(0) cos ϕ 0
2
(r ) − n 2 (0) cos 2 ϕ 0
]
1 2
dr
4.抛物线型折射率光纤中的轨迹方程
r= ⎛ A sin ϕ 0 sin⎜ ⎜ cos ϕ A 0 ⎝
sin ϕ 0 A
⎞ z⎟ ⎟ ⎠
Rs =
T=
2π cos ϕ 0 A
抛物线光纤中光线轨迹与入射角的关系
一 圆柱坐标系中的波动方程
矢量亥姆霍兹方程：
2 1 ∂ E ⎛ ⎞ ∇ 2 E + ∇⎜ E ⋅ ∇ε ⎟ = εμ0 2 ∂t ⎝ε ⎠
∂2H ⎛1 ⎞ ∇ H + ⎜ ∇ε ⎟ × ∇ × H = εμ0 2 ∂t ⎝ε ⎠
2
圆柱坐标系中：
E = E ( r , ϕ ) exp[i (ωt − β z )]
第二种媒质中波的形式：
exp(
ωx
c
n1 ⎡ ⎤ n sin θ i − n ) ⋅ exp ⎢ jω (t − sin θ i z )⎥ c ⎣ ⎦
2 1 2 2 2
8
四 古斯-汉欣位移
平板波导介质的有效厚度： he
= h + x3 + x 2
平板波导中Z字形传播的光线图像
9
4.2 介质平板光波导的射线分析方法
电磁场沿 ϕ 方向是以 2π 为周期的周期函数：
Φ (ϕ ) = exp(ivϕ )(v = 0,1,2, K)
ψ ( r , ϕ ) = R ( r )Φ (ϕ )
1 ∂ 2ψ ∂ 2ψ 1 ∂ψ 2 2 + ( k − β )ψ = 0 + + 2 2 2 r ∂r r ∂ϕ ∂r
光的传播会遇到阻碍现象吗？
光的传播会遇到阻碍现象吗？
光的传播是一种波动形式的电磁辐射，具有一定的速度和能量。
根据光的性质，我们可以得出光的传播几乎不会遇到阻碍现象。
以
下是一些支持这个观点的理由：
1. 透明媒介：光可以在透明媒介中传播，例如空气、水和玻璃等。
这些媒介对光的传播几乎没有阻碍，光线可以顺利通过。
当然，这还要取决于媒介的质量和光的频率等因素。
2. 直线传播：光在真空和透明媒介中呈直线传播。
这种直线传
播的特性使得光能够以高速传输，在很远的距离内保持稳定。
相比
之下，其他类型的波动可能会受到更多的干扰和阻碍。
3. 散射和折射：当光遇到介质表面时，可能会经历散射或折射。
散射是光在碰撞后改变方向的现象，而折射是光由一种介质进入另
一种介质时改变速度和方向的现象。
尽管这些现象可能会改变光的
传播路径，但它们并不会完全阻碍光的传播。
虽然光的传播几乎不会遇到阻碍现象，但在某些情况下，我们可能会观察到一些可以被认为是阻碍现象的现象。
例如，当光经过浓雾或烟雾等非透明媒介时，光的传播路径会受到更大的干扰，导致能量损失和可见性降低。
总结起来，光的传播在一般情况下并不会遇到阻碍现象。
光的透明传播特性使其成为一种有效的能量和信息传输媒介，在现代科学和技术中具有广泛的应用。
光是如何形成和传播的
光是如何形成和传播的光是一种电磁波，是由电磁场和电磁感应共同作用产生的。
光的形成和传播是一个复杂而精彩的过程，涉及到光的产生、传播介质和光的特性等方面。
本文将从光的形成、光的传播和光的特性三个方面来探讨光是如何形成和传播的。
一、光的形成光的形成是由电磁场和电磁感应共同作用产生的。
当电子在原子或分子中发生跃迁时，会释放出能量，这些能量以电磁波的形式传播出来，形成光。
光的形成过程可以分为自发辐射和受激辐射两种形式。
1. 自发辐射自发辐射是指原子或分子在基态或激发态之间发生跃迁时，自发地释放出能量，产生光。
这种形成光的过程是随机的，不受外界条件的影响。
例如，太阳光就是由太阳内部的核反应产生的自发辐射。
2. 受激辐射受激辐射是指原子或分子在受到外界电磁波的激发后，发生跃迁并释放出能量，产生光。
这种形成光的过程是受外界条件的影响的。
例如，激光就是通过受激辐射产生的。
二、光的传播光的传播是指光在介质中传播的过程。
光的传播遵循光的直线传播原理，即光在均匀介质中沿直线传播。
光的传播速度在真空中是最快的，约为每秒299,792,458米，而在其他介质中会受到介质的折射和散射等影响。
1. 折射折射是指光从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的光密度不同而改变传播方向的现象。
根据斯涅尔定律，光在两种介质之间传播时，入射角、折射角和两种介质的折射率之间满足一个关系式。
折射现象使得光能够在不同介质之间传播，并且在光学器件中起到重要作用。
2. 散射散射是指光在遇到介质中的微粒或不均匀性时，发生方向改变的现象。
散射会使光的传播方向发生随机变化，使得光在介质中呈现出漫反射的特性。
例如，蓝天为什么是蓝色的就是因为大气中的气溶胶散射了太阳光中的蓝光。
三、光的特性光具有波粒二象性，既可以看作是一种波动现象，也可以看作是由光子组成的粒子。
光的特性包括波长、频率、振幅和相位等。
1. 波长和频率波长是指光波的一个完整周期所对应的距离，通常用λ表示，单位是米。
光的传播与亮度
光的传播与亮度光，作为电磁辐射的一种形式，具有波动性和粒子性。
它的传播路径可以通过光的直线传播原理来解释，而光的亮度则与能量传输和接收的方式密切相关。
在本文中，我们将深入探讨光的传播机制以及亮度的概念。
一、光的传播机制光的传播遵循直线传播原理，即光在真空中传播时沿着直线传播。
当遇到透明介质时，光的传播路径会发生折射；而当遇到不透明介质时，光会在界面上发生反射。
这种折射和反射的现象可以通过光的波动性来解释。
光的波动性使得光可以被描述为横波，具有振幅、波长和频率等特性。
光的波长决定了其在介质中的传播速度，而频率则对应光的颜色。
不同波长的光在透明介质中的折射角度也有所不同，这就解释了为什么我们在看到不同光源时会觉得它们的位置发生了变化。
除了波动性，光还具有粒子性。
光的粒子性可以通过光的能量量子化来解释，即光以粒子的方式在介质中传播。
这种粒子性使得光可以与物质发生相互作用，从而产生折射、反射、散射等现象。
二、光的亮度光的亮度是指光源发出的辐射能量对单位面积和单位立体角所产生的光强度。
光的亮度与光源的强度、距离和照射面积等因素有关。
首先，光源的强度决定了光的亮度的基本大小。
光源的强度越大，发出的光辐射能量就越大，亮度就越高。
其次，光源与观察者之间的距离也是影响光的亮度的重要因素。
根据光的辐射强度与距离的平方反比关系，当观察者离光源越远时，接收到的光辐射能量就越小，亮度就越低。
此外，光源的照射面积也会影响光的亮度。
相同的光源，如果照射面积越大，光源发出的辐射能量就能更均匀地照射到更多的区域，从而提高亮度。
总结起来，光的亮度受到光源强度、距离和照射面积的共同影响。
只有同时考虑这些因素，才能准确描述光的亮度。
结论光的传播与亮度是光学研究中的重要概念。
光通过直线传播原理在介质中传播，并受到波动性和粒子性的影响。
光的亮度与光源的强度、距离和照射面积密切相关，需要综合考虑这些因素才能准确描述光的亮度。
通过对光的传播与亮度的探讨，我们可以更深入地了解光在物质中的行为。
光与辐射的关系
光与辐射的关系光与辐射的关系一直是物理学研究的热点之一。
在研究光和辐射之间的关系之前，需要先了解光和辐射的基本概念以及它们的相互关系。
一、辐射的基本概念辐射是一种能量传递的过程，即物体通过发射能量的方式向周围环境传递能量。
辐射能量包括热辐射、光辐射、电磁辐射等。
辐射的强度、频率、波长等参数与物体的温度、结构等相关。
二、光的基本概念光是由电磁波产生的一种能量，它的波长范围在400-700纳米之间。
光可以传播并被人眼所感知，包括可见光和不可见光（如紫外线和红外线）。
三、光和辐射的关系光和辐射之间存在紧密的关系，它们之间的关系可以从以下几个方面进行解析。
1. 光辐射光辐射是一种辐射能量的形式，是通过电磁波的方式向周围环境传递的能量。
光辐射携带着光的能量，包括可见光和不可见光。
光的颜色、亮度、波长等参数与光的能量密切相关，这些参数也会影响到光辐射的强度、频率、波长等参数。
2. 光线的传播与辐射光线是光的传播过程中的一种表现形式，它在空间中直线传播。
光线传播遵循物理光学的规律，如折射和反射等现象。
在光线传播的过程中，也会伴随着辐射的现象。
例如，光照射到物体上时，物体表面会发生反射和散射，产生辐射现象。
3. 光和辐射的作用光和辐射在自然界和现代科技中有着广泛的应用。
光的能量可以驱动光合作用，帮助植物进行光能转化。
而在现代科技中，光和辐射也有着重要的作用。
例如，太阳能是一种通过辐射能量转化为电能的方式，广泛应用于太阳能发电和太阳能热水器等领域。
总之，光和辐射之间的关系十分复杂和紧密。
它们在自然界和科技中都有着广泛的应用和研究。
有了深入了解和研究，我们可以更好地利用和控制它们的能量，为人类的发展带来更多的科技突破和发展机遇。
光和有效辐射
光和有效辐射
光和有效辐射是描述电磁波传播过程中的两个重要概念。
光辐射一般指可见光的辐射，是指在波长范围在400-700纳米
之间的电磁辐射。
光辐射的能量可以通过电磁波的振动来传播，传播的速度为光速。
光辐射对人类视觉有重要作用，我们能够通过眼睛感知光的存在并产生视觉感觉。
有效辐射一般指对生物生长和物质变化具有直接或间接影响的辐射，其波长范围通常比光辐射更广。
有效辐射的能量可以被生物吸收和利用，用于光合作用、人体的新陈代谢等生物过程。
有效辐射在植物的生长中起到重要作用，可以激活光合色素并促进光合作用的进行。
光和有效辐射在大气层中的传播和吸收过程也有一些不同。
光辐射可以在大气中被散射或吸收，从而会产生颜色的变化和光线的衰减。
而有效辐射则主要由地表和大气层吸收和反射，其中一部分直接被地表吸收，一部分则向大气层再次辐射，相互作用形成能量平衡。
综上所述，光和有效辐射是电磁波传播中的两个相关概念，光辐射是可见光的辐射，而有效辐射是对生物生长和物质变化具有影响的辐射。
它们分别在视觉和生物过程中起着重要作用。
2_7 光波在水中的传播
接 收 平 面 光束截面
Ee Ee0 Ee
前向散射示意图
前向散射使光束传输距离明显增大，传输距离越远，前向 散射光的贡献就越大.
2.7 光波在水中的传播
三 后向散射
光在传输相反方向的 散射称为后向散射.
水下传输光束的特点： 后向散射较前向散射强 烈得多.
在水下测距、摄影等应 用中，要设法克服后向 散射的影响 .
no
1 2
no3 13 E
nz
'
ne
1 2
ne3
33 E
2.7 光波在水中的传播
第2章 光辐射的传播
LN晶体沿z轴方向加电场 后，新的主轴折射率为
入射光 x
z
y
V
nx
'
ny
'
no
1 2
no3 13 E
nz
'
ne
1 2
ne3
33 E
nx ' ny ' 不能产生纵向电光效应！
入射光
y
L
z
x
d
V
2.7 光波在水中的传播
第2章 光辐射的传播
蒸馏水的光谱吸收特性：
106
相 对 104 紫外 可见
吸 收
102
红外
100
0.1 0.3 0.5 0.7 1.0 3.0 5.0 10 波长(m)
可见：
自来水衰减系数 =0.4900m：0.086 =0.6943 m：0.545
可知0.49m和0.6943m 波长光波的衰减长度分 别为11m和2m.说明蓝光 比红光在水中的传输性 能要好得多.
紫外和红外波段的光波在水中衰减很大，在水 下无法使用.
光线辐射是什么原理的应用
光线辐射是什么原理的应用1. 介绍光线辐射是指光线在空间中的传播过程中向外散发出去的现象。
它是光学领域的重要研究内容，在实际生活和工业生产中有广泛的应用。
本文将介绍光线辐射的原理及其在实际应用中的几个典型案例。
2. 光线辐射的原理•光线辐射是由于光的波动性质而引起的。
当光通过介质传播时，会发生折射和反射，这就是光线辐射的基本原理之一。
•光线辐射也受到物体的表面性质和形状等因素的影响。
不同的物体能够对光线的方向和强度产生不同的影响，这也是光线辐射的原理之一。
3. 光线辐射的应用案例3.1 光学显微镜•光学显微镜是利用光线辐射原理制作的一种仪器。
通过透镜的折射和出射，可以将被观察的物体放大至肉眼无法观察到的细微结构。
•光学显微镜在生物学、材料科学等领域有广泛的应用。
例如，在生物学研究中，可以用显微镜观察细胞结构和微观生物等；在材料科学中，可以用显微镜观察材料的晶体结构和表面缺陷等。
3.2 光纤通信•光纤通信是一种使用光线作为信息传输的技术。
光线在光纤中的传播遵循光的波导特性，可以实现信息的快速传输。
•光纤通信在现代通信领域具有重要地位。
它具有高速、大带宽和抗干扰能力强的优点，广泛应用于电话、互联网和有线电视等领域。
3.3 光刻技术•光刻技术是一种在集成电路制造中广泛使用的技术。
它利用光线辐射的原理，通过光刻胶和光刻机等设备将图案转移到硅片上，以制造集成电路中的微细结构。
•光刻技术在半导体工业中起着至关重要的作用。
它可以实现高密度和高精度的集成电路制造，是制造小型化电子器件的关键技术之一。
3.4 光能利用•光能利用是指利用光线辐射的能量进行各种应用。
例如，太阳能就是一种利用光能的应用方式。
•太阳能广泛应用于家庭和工业领域。
通过光能转换器件，可以将太阳光转化为电能和热能，实现清洁能源的利用。
4. 总结光线辐射的原理和应用在现代科技领域具有重要地位。
通过光线辐射的应用，可以实现光学显微镜的观察、光纤通信的高速传输、光刻技术的微细制造以及光能的利用等多种功能。
光的洐射现象
光的洐射现象光的辐射现象是指光在空间中传播的过程中所表现出的特性和规律。
光的辐射现象是光学研究的基础，对于我们理解光的性质和应用具有重要意义。
光的辐射是指光从光源中发出并向外传播的过程。
光源可以是自然的，如太阳、星星等，也可以是人为制造的，如电灯、激光器等。
光的辐射是以波的形式传播的，光波在传播过程中会呈现出一系列特性，如波长、频率、振幅等。
这些特性决定了光的颜色、亮度和强度等。
光的辐射会受到介质的影响。
当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
折射是指光在介质之间传播时改变传播方向的现象。
根据斯涅尔定律，光在两种介质之间的折射角和入射角之间存在一定的关系。
不同的介质对光的折射率不同，因此光在不同介质中的传播速度也不同。
光的辐射还会发生反射现象。
当光线照射到一个物体表面时，一部分光会被物体表面反射回来，形成反射光。
反射光的颜色和强度取决于物体的性质和光线的入射角度。
根据反射定律，入射角、反射角和法线三者之间的关系是固定的。
这种反射现象在我们日常生活中非常常见，例如我们看到的镜子、水面的倒影等都是由于光的反射现象产生的。
光的辐射还会发生散射现象。
散射是指光在传播过程中与物体碰撞后改变传播方向的现象。
散射会使光线朝不同的方向传播，使得原来的光线变得模糊和散乱。
散射现象在大气中尤为显著，例如蓝天的颜色就是由于大气中的气体分子对光的散射造成的。
光的辐射还会发生干涉和衍射现象。
干涉是指两束或多束光线相遇时产生的相互加强或相互抵消的现象。
干涉现象可以用来解释光的波动性质，并且在干涉仪、光栅等光学器件中得到了广泛应用。
衍射是指光通过一个孔或绕过一个障碍物后发生的弯曲和扩散的现象。
衍射现象也是光的波动性质的体现，它可以解释光的传播和干涉现象。
光的辐射现象是光学研究中的重要内容。
通过对光的辐射现象的研究，我们可以更好地理解光的性质和行为，并将其应用于光学仪器、通信技术、光催化等领域。
光的辐射现象的探索和应用将进一步推动光学科学的发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
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第二章 光辐射的传播2.1 光辐射的电磁理论光辐射是电磁波，它服从电磁场基本规律。
由于引起生理视觉效应、光化学效应以及探测器对光频段电磁波的响应主要是电磁场量中的E 矢量，因此，光辐射的电磁理论主要是应用麦克斯韦方程求解光辐射场量E 的变化规律。
1. 光辐射的波动方程在无源（ρ=0）非磁性介质中，运用麦克斯韦方程并经一系列数学运算可以得到场量E 所满足的微分方程t J tP t E E ∂∂-∂∂-=∂∂+⨯∇⨯∇ μμμε22220 (2.1-1) 这就是光辐射普遍形式的波动方程。
方程右边两项反映物质对光辐射场量的影响，起“源”的作用，分别由极化电荷与传导电流引起。
对导体，tJ ∂∂- μ项起主要作用。
对绝缘体（J =0），22tP ∂∂- μ项起主要作用 对于半导体，两项都起重要作用。
2. 光辐射场的亥姆霍兹方程对于简谐波场，场量可表示为 t i e r E t r E ω=)(),( ， 则(2.1-1)式中场量E 的时间因子可以消去，得到0)()()(0002=--⨯∇⨯∇r E i r E r r r σμωμεμεμω (2.1-2)引入复相对介电系数r r r r i i εεωεσεε'-=-=0~ (2.1-3) (2.1-2) 式可改写为0)(~)(02=-⨯∇⨯∇r E r E r εμεω (2.1-4)这就是光辐射满足的亥姆霍兹方程。
3. 均匀介质中的平面波和球面波对于各向同性的无吸收介质， 0=⋅∇E ，利用矢量恒等式E E E 2∇-⋅∇∇=⨯∇⨯∇，亥姆霍兹方程可改写为0)(~)(022=+∇r E r E r εμεω (2.1-5) 上式平面波解的一般形式为)(00),(ϕω+⋅-=r k t i eE t r E (2.1-6) 球面波解的一般形式为)(00),(ϕω+⋅-=r k t i e rE t r E (2.1-7) 式中k 为波矢量，ϕ0为初相。
5. 电磁场的边界条件在光电子技术的许多实际应用中，经常涉及在两种或多种物理性质不同的介质交界面（在该处ε、μ发生突变）处光辐射场量之间的关系。
这时，求解麦克斯韦方程需要考虑边界条件。
如图1所示，光辐射场的边界条件可以直接由麦克斯韦方程推得：⎭⎬⎫=-=-02121t t s n n E E D D σ (2.1-8) 式中σs 为界面面电荷密度。
在光学波段经常遇到的情况是σs 等于零，这时，界面两侧E 的切向分量以及D 的法向分量均连续。
σ2图1 界面上电场的法向和切向分量2.2 光波在大气中的传播大气激光通信、探测等技术应用通常以大气为信道。
由于大气构成成分的复杂性以及收受天气等因素影响的不稳定性，光波在大气中传播时，大气气体分子及气溶胶的吸收和散散射会引起的光束能量衰减，空气折射率不均匀会引起的光波的振幅和相位起伏；当光波功率足够大、持续时间极短时，非线性效应也会影响光束的特性，因此有必要研究激光大气传播特性。
本节简要介绍一些激光大气传输的基本概念。
1. 大气衰减激光辐射在大气中传播时，部分光辐射能量被吸收而转变为其他形式的能量（如热能等）部分能量被散射而偏离原来的传播方向（即辐射能量空间重新分配）。
吸收和散射的总效果使传输光辐射强度的衰减。
设强度为I 的单色光辐射，通过厚度为dl 的大气薄层，如图2所示。
不考虑非线性效应，光强衰减量dI 正比与I 及dl ，即dI/I =(I '-I )/I =-βdl 。
积分后得大气透过率⎪⎭⎫ ⎝⎛-==⎰L dl I I T 00exp /β (2.2-1) 假定上是可以简化为)exp(L T β-= (2.2-2)β为大气衰减系数（1/km ）。
此即描述大气衰减的朗伯定律，表明光强随传输距离的增加呈指数规律衰减。
因为衰减系数β描述了吸收和散射两种独立物理过程对传播光辐射强度的影响，所以β可表示为a a m m k k σσβ+++= (2.2-3)k m 和σm 分别为分子的吸收和散射系数；k a 和σa 分别大气气溶胶的吸收和散射系数。
对大气衰减的研究可归结为对上述四个基本衰减参数的研究。
应用中，衰减系数常用单位为（1/km ）或（dB/km ）。
二者之间的换算关系为β(dB/km)=4.343⨯β(2.2-4)I I ' 图2光波在大气中传播时，大气分子在光波电场的作用下产生极化，并以入射光的频率作受迫振动。
所以为了克服大气分子内部阻力要消耗能量，表现为大气分子的吸收。
分子的固有吸收频率由分子内部的运动形态决定。
极性分子的内部运动一般有分子内电子运动、组成分子的原子振动以及分子绕其质量中心的转动组成。
相应的共振吸收频率分别与光波的紫外和可见光、近红外和中红外以及远红外区相对应。
因此，分子的吸收特性强烈的依赖于光波的频率。
大气中N2、O2分子虽然含量最多（约90%），但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。
因此，在可见光和近红外区，一般不考虑其吸收作用。
大气中除包含上述分子外，还包含有He，Ar，Xe，O3，Ne等，这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线，但因它们在大气中的含量甚微，一般也不考虑其吸收作用。
只是在高空处，其余衰减因素都已很弱，才考虑它们吸收作用。
H2O和CO2分子，特别是H2O分子在近红外区有宽广的振动-转动及纯振动结构，因此是可见光和近红外区最重要的吸收分子，是晴天大气光学衰减的主要因素，它们的一些主要吸收谱线的中心波长如表2-1所示。
从表1不难看出，对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。
光波几乎无法通过。
根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为“大气窗口”。
在这些窗口之内，大气分子呈现弱吸收。
目前常用的激光波长都处于这些窗口之内。
大气中总存在着局部的密度与平均密度统计性的偏离——密度起伏，破坏了大气的光学均匀性，一部分光辐射光会向其他方向传播，从而导致光在各个方向上的散射。
在可见光和近红外波段，辐射波长总是远大于分子的线度，这一条件下的散射为瑞利散射。
瑞利散射光的强度与波长的四次方成反比。
瑞利散射系数的经验公式为43/827.0λσA N m ⨯⨯= (2.2-5)式中，σm 为瑞利散射系数为瑞利散射系数（cm -l ）；N 为单位体积中的分子数（cm -1）；A 为分子的散射截面（cm 2）；λ为光波长（cm ）。
由于分子散射波长的四次方成反比。
波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
故可见光比红外光散射强烈，蓝光又比红光散射强烈。
在晴朗天空，其他微粒很少，因此瑞利散射是主要的，又因为蓝光散射最强烈，故明朗的天空呈现蓝色。
⑶大气气溶胶的衰减大气中有大量的粒度在 0.03 μm 到2000 μm 之间的固态和液态微粒，它们大致是尘埃、烟粒、微水滴、盐粒以及有机微生物等。
由于这些微粒在大气中的悬浮呈胶溶状态，所以通常又称为大气气溶胶。
气溶胶对光波的衰减包括气溶胶的散射和吸收。
当光的波长相当于或小于散射粒子尺寸时，即产生米氏散射。
米氏散射则主要依赖于散射粒子的尺寸、密度分布以及折射率特性，与波长的关系远不如瑞利散射强烈。
气溶胶微粒的尺寸分布极其复杂，受天气变化的影响也十分大，不同天气类型的气溶胶粒子的密度及线度的最大值列于表2中。
① 晴朗、霾、雾大气的衰减根据单色辐射衰减的朗伯定律，在大气水平均匀条件下，只考虑气溶胶衰减，（2.2-2）式可改写为)ex p(L T a λλβ-= (2.2-6)式中，L 为水平传输距离。
βa λ可写成q a A -=λβλ (2.2-7)两边取对数得λβλln ln ln q A a -=，可见(－q )是ln βa λ ~ln λ直线的斜率，q 值可通过实验确定。
根据气象上对能见度V （km ）的定义可求得q a V -⨯=)55.0/()/29.3(λβλ (2.2-8)对于可见光，λ/0.55≈1，故有βa λ=3.91/V (km)。
对于近红外光，⎪⎩⎪⎨⎧≤=)km 6 (585.0)(3.1)(6.13/1V V q 当中等能见度能见度很大时。
② 雨和雪的衰减雾与雨的差别不仅在于降水量不同，而主要是雾粒子和雨滴尺寸有很大差别。
雨天大气中水的含量（1g/m 3）为较浓雾（0.1g ／m 3）的10倍以上，可雾滴半径（微米量级）仅是雨滴半径（毫米量级）的千分之一左右，因此雨滴间隙要大得多，故能见度较雾高，光波容易通过。
加之雨滴的前向散射效应强，这会显著地减小对直射光束的衰减。
结果雨的衰减系数比雾小两个数量级以上。
由于雪的物理描述难度较大，又缺乏雪的折射率资料，目前还很难做出定量计算。
一些实验研究表明，激光在雪中的衰减与在雨中相似，衰减系数与降雪强度有较好的对应关系。
不同波长的激光在雪中的衰减差别不大，但就同样的含水量而言，雪的衰减比雨的大，比雾的小。
2. 大气湍流效应在气体或液体的某一容积内，惯性力与此容积边界上所受的粘滞力之比超过某一临界值时，液体或气体的有规则的层流运动就会失去其稳定性而过渡到不规则的湍流运动，这一比值就是表示流体运动状态特征的雷诺数Re ：ηρ/ΔRe l v = (2.2-9) 式中，ρ 为流体密度（kg/m 3）；l 为某一特征线度（m ） ∆v l 为在 l 量级距离上运动速度的变化量（m/s ）；η 为流体粘滞系数（kg/m ∙s ）。
雷诺数Re 是一个无量纲的数。
当Re 小于临界值Re cr （由实验测定）时，流体处于稳定的层流运动，而大于Re cr 时为湍流运动。
由于气体的粘滞系数η 较小，所以气体的运动多半为湍流运动。
大气湍流气团的线尺度l 有一个上限L 0和下限l 0，即L 0<l < l 0，L 0和l 0分别称为湍流气团的外尺度和内尺度（图-4）。
在近地面附近，l 0通常是毫米量级，L 0则是观察点（如激光传输光路）离开地面高度。
所谓激光的大气湍流效应，实际上是指激光辐射在折射率起伏场中传输时的效应。
湍流理论表明，大气速度、温度、折射率的统计特性服从“2/3次方定律”3/22221)()(r C i i r D i i =-= (2.2-10)式中， i 分别代表速度（v ）、温度（T ）和折射率（n ）； r 为考察点之间的距离；C i 为相应场的结构常数，单位是m -1/3。
大气湍流折射率的统计特性直接影响激光束的传输特性，通常用折射率结构常数C i 的数值大小表征湍流强度，即弱湍流 C n =8⨯10-9m -1/3中等湍流 C n =4⨯10-8m -1/3强湍流 C n =5⨯10-7m -1/3⑴ 大气闪烁光束强度在时间和空间上随机起伏，光强忽大忽小，即所谓光束强度闪烁。