光電子技術(shù)基礎(chǔ)光學(xué)知識(shí)

1、第二章光電子技術(shù)的基礎(chǔ)光學(xué)知識(shí)21光的基本屬性一波粒二重在日常生活中，光是最為人們所熟悉的東西。關(guān)于光學(xué)的研究大概至少可以追溯到2000多年前。約在公元前400多年，中 國(guó)的墨經(jīng)記載了可能是世界上最早的光學(xué)實(shí)驗(yàn)以及所獲得的關(guān)于影、針孔 成像、鏡面成像、虹霓和月蝕的知識(shí)。差不多相同的時(shí)期，西方也有不少關(guān)于 光學(xué)的實(shí)驗(yàn)和研究，公元前300年，希臘歐幾里得的反射光學(xué)里就有光的 直線傳播性和反射定律的敘述。光學(xué)作為一門(mén)學(xué)科的真正的發(fā)展約在17世紀(jì)。由1621年斯涅爾發(fā)現(xiàn)光的折 射定律，與早先發(fā)現(xiàn)的光的直線傳播定律和反射定律一起構(gòu)成了幾何光學(xué)的基 礎(chǔ)。關(guān)于光的本性問(wèn)題的研究和討論很多，最終可以歸納為兩種

2、不同的學(xué)說(shuō)，一 種是以牛頓(Newton)為代表的微粒理論，另一種是以惠更斯(C. Huygens)為代 表的波動(dòng)理論。微粒理論認(rèn)為，光是由發(fā)光體發(fā)出的光粒子(微粒)流所組成的，這些光微粒 具有質(zhì)量，與普通的實(shí)物小球一樣遵從相同的力學(xué)規(guī)律。而波動(dòng)理論則認(rèn)為，光和聲一樣是一種波動(dòng)，是由機(jī)械振動(dòng)的傳播而引起的一 種波動(dòng)。盡管這兩種學(xué)說(shuō)都能解釋光的反射和折射現(xiàn)象，但是，在解釋光線從 空氣進(jìn)入水中的折射現(xiàn)象時(shí)，微粒理論需要假設(shè)水中的光速大于空氣中的光速; 而波動(dòng)理論則需要假設(shè)水中的光速小于空氣中的光速。由于當(dāng)時(shí)人們還不能準(zhǔn)確地用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定光速，因而難以根據(jù)折射現(xiàn)象去判 斷這兩種學(xué)說(shuō)的優(yōu)劣。但由于牛頓

3、在科學(xué)界的祟高威望，使得光的微粒理論在 很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)占據(jù)著統(tǒng)治地位。19世紀(jì)初，楊(T. Young)和菲涅耳(A. J. Fresnel)等人在研究光的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)波動(dòng)理論可以解釋這些現(xiàn)象，而微粒理論則無(wú)能為 力。1850年，佛科(J. B. L. Foucau h )用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定了水中的光速，證實(shí) 水中的光速小于空氣中的光速。這些事實(shí)都對(duì)波動(dòng)理論提供了重要的實(shí)驗(yàn)論據(jù)。19世紀(jì)60年代，麥克斯韋(J. C. Maxwell )建立了電磁場(chǎng)理論，并認(rèn)為光是 一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，具有一般電磁波的波動(dòng)特性，為波動(dòng)說(shuō)建立起更為 堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。但是，從19世紀(jì)末到21世紀(jì)初

4、，人們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一系 列波動(dòng)理論難以合理解釋的現(xiàn)象，如黑體輻射、原子的線 狀光譜和光電效應(yīng)等。以后，人們?cè)谂忉層嘘P(guān)光和物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象時(shí)， 越來(lái)越多地認(rèn)識(shí)到必須承認(rèn)光具有粒子特性。1900年普朗克(M. Planck)提岀輻射的量子理論,1905年 愛(ài)因斯坦(Einstein)發(fā)展了普朗克的量子化假設(shè)，形成了 一種全新意義的光子學(xué)說(shuō)。這個(gè)光子學(xué)說(shuō)的理論認(rèn)為，光是具有一定能量和動(dòng)量的粒 子所組成的粒子流，這種遵從嶄新量子力學(xué)規(guī)律的粒子稱 為光子。于是，人們對(duì)光是具有波動(dòng)和粒子的雙重性質(zhì)，即光具有 波粒二重性取得了較普遍的共識(shí)。2.2光是一種電磁波我們已經(jīng)看到，光具有波動(dòng)性，其波動(dòng)特性符合

5、電磁波的特 征，那么我們有必要再回過(guò)頭來(lái)認(rèn)識(shí)一下電磁波。1864年麥克斯韋發(fā)表了 “電磁場(chǎng)的動(dòng)力理論”這一著名論 文，建立了描述電磁場(chǎng)變化規(guī)律的麥克斯韋方程組及相關(guān)的理 論。1887年赫茲（H. Hertz）應(yīng)用電磁振蕩的方法證實(shí)了電磁 波的客觀存在，并證明了電磁波和光波具有共同特性。電磁場(chǎng)理論認(rèn)為，光實(shí)際上是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，電 磁波的傳播實(shí)際上就是將變化的電磁場(chǎng)進(jìn)行的傳播。若在空間 某區(qū)域有變化電場(chǎng)E （或變化磁場(chǎng)H）,那么將在鄰近區(qū)域引起 磁場(chǎng)H的變化（或電場(chǎng)E的變化），這種變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互 激發(fā)、相互感生，由近及遠(yuǎn)以有限的速度在空間傳播，形成電 磁波o與此相關(guān)的電磁場(chǎng)的基本性

6、質(zhì)如下:茲場(chǎng)中.由場(chǎng)矢量E、礦場(chǎng)矢量H和傳播方向k二者相互垂直。E.H和!/ /可見(jiàn)光 / 一- 遠(yuǎn)一 極遠(yuǎn)中近一紅橙黃録藍(lán)紫近遠(yuǎn)松一 nTrnTAmmd 21 041 031 o677o52297S Q i9000W1 07 6 55443 3 2出丁電磁1波段的憚細(xì)劃勞吸用堤，這里涵蓋r冃前巴經(jīng)發(fā)現(xiàn)并得到廣泛利用 長(zhǎng)的各類電磁波，這里有波長(zhǎng)達(dá)104m以上的，也有波長(zhǎng)短到105nm以下 的。下面對(duì)各種不同性質(zhì)的電磁波分別作簡(jiǎn)單的介紹。電磁波譜主要形成手段波長(zhǎng)范圍頻率范圍/MHz目前的主要應(yīng)用無(wú)線電波氏波電子線路330km0.01-0越洋長(zhǎng)距離通訊、導(dǎo)航中波200m3km0l5AM廣播、電報(bào)通

7、訊短波10-200m1.5-30AM廣播、電報(bào)通訊超短 波l10m30-300FM廣播、電視、導(dǎo)航微波行波管、調(diào)速 管、磁控管1mm 1 m300-3x1O5電視、雷達(dá)、導(dǎo)航光 波紅外 線熱體激光076umlmm3x10X4x10$雷達(dá)、導(dǎo)航、光線通信可見(jiàn) 光電弧燈040076um(4-7.5)xl08紫外 線汞燈0.030.40um7.5x(lO8-lO10)醫(yī)用、照相制版X射線X射線管0lnm003um10!Mxl012醫(yī)用、探傷、物相分析F射線加熱器l.OpmO.lnm3x(103014)探傷、物相結(jié)構(gòu)分析超過(guò)Im m的電磁波我們統(tǒng)稱為無(wú)線電波,其頻率不超過(guò)300 MHZo除了自然界本身

8、具有的以外，我們通常研究和使用的無(wú)線電波主要是由包括各類晶體管等元器件制作的特定的電子線路產(chǎn)生，因此頻率的純度可以是很高。通過(guò)對(duì)電子線路進(jìn) 行調(diào)制，可用來(lái)承載和傳遞各種信息。百多年來(lái)無(wú)線電波已被 廣泛地應(yīng)用于無(wú)線電廣播、電視、移動(dòng)電話、衛(wèi)星轉(zhuǎn)播、雷達(dá) 和電磁爐等眾多領(lǐng)域，已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的東西。無(wú)線電波我們無(wú)法用肉眼直接看見(jiàn)，而我們所討論的可見(jiàn)光卻是我們睜開(kāi)眼睛就能見(jiàn)到的?？梢?jiàn)光其實(shí)也是電磁波，但只 占整個(gè)電磁波譜中很小的一部分，只有波長(zhǎng)范圍在400 760 nm之間的電磁波能使人眼產(chǎn)生光的感覺(jué)。有意思的是不同波長(zhǎng)的電磁波對(duì)人眼中所呈現(xiàn)的效果是各不相同，隨著波長(zhǎng)的縮 短，呈現(xiàn)的感官效

9、果，也可稱為“顏色”依次為紅、橙、黃、 綠、青、藍(lán)、紫。我們?nèi)粘８惺艿降陌坠鈩t是各種顏色的可見(jiàn) 光的混合，也即是400 760 nm之間的電磁波的混合。BO支比紅光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，一般看不見(jiàn)，波長(zhǎng)在0. 76um 1 mm之間?？杀患?xì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外幾個(gè)部分。我 們能以溫度的形式感覺(jué)到部分紅外線的存在。自然界中凡是溫度高 于絕對(duì)零度的物體都會(huì)發(fā)射出各自特定的紅外線，這個(gè)特性對(duì)于觀 察和測(cè)定肉眼看不見(jiàn)的對(duì)象具有特殊的意義。利用目標(biāo)和背景溫度 及物體發(fā)射紅外線能力的差異可做成各種的紅外線傳感儀器，對(duì)目 標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤、搜索及成像，并能直接反映物體的溫度分布、 空間方位及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等若

10、干特征參量。目前紅外技術(shù)已被廣泛應(yīng)用 于軍事、科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。紫外線波比我們所見(jiàn)的紫色光的波長(zhǎng)短，同樣我們的眼睛也看不 見(jiàn)，其波長(zhǎng)范圍在30 400nm之間。它也可以進(jìn)一步按照波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短細(xì)分為近紫外、遠(yuǎn)紫外和極遠(yuǎn)紫外三部分。熾熱物體的溫度很 高時(shí)，除了輻射紅外線外還會(huì)輻射紫外線。太陽(yáng)光中有大量紫外線, 人工制造的汞燈中也能發(fā)射出大量紫外線。紫外線有顯著的化學(xué)效 應(yīng)和熒光效應(yīng)，可用于醫(yī)療殺菌和照相制版等行業(yè)。比紫外線的波長(zhǎng)更短的電磁波被稱為X射線，其波長(zhǎng)范圍在0130nm之間。除了自然界本身具有的以外，可以用高速 電子流轟擊原子中的內(nèi)層電子而產(chǎn)生X射線，從X射線

11、管發(fā)射 出來(lái)。X射線由于波長(zhǎng)短，具有很強(qiáng)的穿透能力，它透過(guò)各 種物體的本領(lǐng)與組成物質(zhì)的原子量有關(guān)。另外X射線還具有 使膠片感光，使熒光屏發(fā)光的特殊能力。利用X射線的這些性質(zhì)可透視人體內(nèi)部的病變，可檢查金屬部件的內(nèi)傷和分析 物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，并留下可供查閱的照片。波長(zhǎng)在1.0 pm 0.1 nm之間的電磁波被稱為丫射線。Y射線 是放射性原子衰變或用高能粒子與原子核碰撞時(shí)所發(fā)出的一 種波長(zhǎng)極短的電磁波。Y射線作為一種更具穿透力的放射線， 常用于更高要求的金屬探傷和對(duì)原子核結(jié)構(gòu)的探測(cè)及研究。3光傳播的的一些基本現(xiàn)象一刁見(jiàn)光是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，靠著電磁場(chǎng)在空間中傳 播，電磁場(chǎng)的傳播具有波動(dòng)性。應(yīng)用光

12、的電磁理論，能解 祎為昭亦竝茲疥農(nóng)蘋(píng)涉、衍射、僞振和雙新射彎與晃葩 裱播特性有關(guān)的現(xiàn)象。 231反射、全反射、折射 當(dāng)光波照射在鏡面上會(huì)發(fā)生反射，光在鏡面上的反射接 近于全反射。光波射在非鏡面的介質(zhì)界面上也會(huì)發(fā)生反射, 但可能不是全反射，同時(shí)還會(huì)發(fā)生透射和折射等現(xiàn)象。這 些物理現(xiàn)象均遵從界面波前匹配、相位相等的原則，并可 推導(dǎo)出反菇定律與折射定律。 光波射到鏡面或介質(zhì)界面上時(shí)，會(huì)有光波發(fā)生折回原介 質(zhì)中的方向轉(zhuǎn)折過(guò)程，稱為光的反射，如圖2.2 (a)所示， 滿足反射定律： 1)反射光位于入射光與界面法線所決定的平面內(nèi)； 2)反射角3等于入射角6/仁即(2-3) 01 = 0/1【波射在介質(zhì)界面

13、上時(shí)，一部分光波會(huì)被界面反射(遵從反射定律)，另一部分光波則會(huì)進(jìn)入界面。若進(jìn)入界面后這部分光在前進(jìn)的方向上發(fā)生改變，形成折射現(xiàn)象，如圖2.2(b)所示，折射光線滿足如下定律： 1)折射光線位于界面法線與入射光線所決定的平面內(nèi); 2)折射角滿足n 1sin01 = n2sin02(2.4)sinGc 二 n2 / rd(2-5)當(dāng)n1n2時(shí)，入射光的能量逐漸增大X角會(huì)反射，當(dāng)X增加到8c時(shí)，如圖2.2 (c)所示，02 = 90,其中氐滿足當(dāng)zec時(shí)，入射光的能量全部被誡界面反射回光密介 質(zhì)，這種現(xiàn)條稱為仝反射，如圖2.2 (d)所示。圖22光的反射、全反射、折射現(xiàn)象X(c)臨界角XX(d)全反

14、射232偏振 在空間傳播的電磁波，其電場(chǎng)矢量在某一特殊 的平面內(nèi)振動(dòng)，就稱這種電磁波為平面偏振波或 線偏振波。許多實(shí)際的光束都是由許多個(gè)別的光 波合成的，合成光波方向不斷變化，大多數(shù)情況 下這些個(gè)別光波的電場(chǎng)矢量取向都是任意的，因 而光束是非偏振的。實(shí)際中的自然光，其光源包 含各個(gè)方向上平均振幅相等的電場(chǎng)矢量。在自然 光中的部分偏振光可以看成是偏振光和非偏振光 的混合，用偏振度來(lái)描述。方翳髒勰振光的過(guò)程稱為起偏所用器件為起偏器常見(jiàn)起偏 (1)基于晶體雙折射原理的起偏，這是最有效的一種起偏方式， 我們將在以后關(guān)于晶體光學(xué)與光調(diào)制的章節(jié)中加以詳細(xì)討論。 (2)布儒斯特(Brewster)角起偏，這

15、是利用光在界面上的反射與吸 股過(guò)程使自然光起偏，以獲得偏振光的一種方式。如圖23所示，當(dāng) 自然光入射到折射率分別為nl , n2的兩種介質(zhì)界面上時(shí)，若將入射光 分為平行和垂直入射面的兩部分振動(dòng)，其反射光和折射光都變成了部 分偏振光。介質(zhì)表高対案直和平行入弓寸面的電場(chǎng)分量的反診寸率均是失 射角2的函數(shù)，相互關(guān)系如圖2.3(c)所示。尤其是在某一特定角2 = BB時(shí)，平行分量的反射率為0,反站部分只剩下垂直分量，成為線偏光，這一角度8B稱為布儒斯特角。根據(jù)斯涅 耳(Snell)定理此時(shí)，反射光與折射光互相垂直，于是可得(2.6)sinQB = n2 / n1這成為布儒斯特定律。圖2.3反射與吸收起

16、偏3.3十涉和的射當(dāng)兩束光彼此的頻至相同、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定， 就形成了干涉。兩棗光干涉所得光強(qiáng)為 I = E20I+E202+2E01 E02cos (p2-(p1) =11+12 +2 cos (cp2-cp1)(2.7)式中I為光強(qiáng)度；E為光波的振幅；cp為入射光的角度；本公式的后一 項(xiàng)稱為干涉項(xiàng)，它決定了I可以人于11+12,也可以小于11+12,具體 値宙*目位差甲=決定：當(dāng)兩束光彼此的頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定， 疊加在一起就形成了干涉，結(jié)塁能使光的強(qiáng)度得到加強(qiáng)，這稱為光的 相干相長(zhǎng)現(xiàn)象；也能使光的強(qiáng)度被減去，這稱為光的相干相消現(xiàn)象。 兩東光干涉相

17、長(zhǎng)的條件是 A(p = 2tt5/A = 2tt m (m = 0,1,2,.)(2.8a)或 5= mA(m = 0,1 ,2,.)(2.8b)式中，&為光程差。1) n (m = 0,1,2,)5=A(2m + 1)/2 (m = 0,1,2,.)(2.9b)MAAi束光干汨 I(cp 二(2m +(2.9a)或原青光菲子間由的衍 祀?yún)`稱斯產(chǎn)到象咅灶 放和象更為播現(xiàn)緣很 體帕現(xiàn)惠視傳涉mM 物子的rffl可破訐電因 的影區(qū)可均子唯所扒 明的影偵點(diǎn)的嚴(yán)、5ft Ms的的發(fā)加軸遒 衍傳各相離越 MO射進(jìn)，中的互皴獅 繞投，關(guān)質(zhì)上以子波 物有介前可的m 也發(fā)礙涉在面也出續(xù) ，會(huì)障刊波波間發(fā)后 射

18、就過(guò)冊(cè)光Lm礁扒 直，繞光同孑洛訕的衍射。射現(xiàn)象。4光也是一種粒于一光于|人們?cè)诮忉尯隗w輻射、光電效應(yīng)等涉及到光和其它形式的物質(zhì)相互作用的 現(xiàn)象時(shí)，逐漸認(rèn)識(shí)到光也可以是一種粒子，光不僅具有波動(dòng)的特性，同時(shí)也 具有粒子的特性。根據(jù)這樣的認(rèn)識(shí)導(dǎo)致出現(xiàn)了光子學(xué)說(shuō)。光子學(xué)說(shuō)理論認(rèn)為, 光是由一群以光速C運(yùn)動(dòng)的光量子（簡(jiǎn)稱光子）所組成。關(guān)于光子的基本性質(zhì) 可以歸納為以下幾個(gè)方面：一 （1）光子具有能量E,其能量與一定的光頻率u相對(duì)應(yīng)，如式（210）所 zj OE = hu(2.10)式中：h為普朗克常數(shù)，h = 6. 626 X 10-34J-so（2）光子具有質(zhì)量。從固體物理觀點(diǎn)，質(zhì)量可分為靜態(tài)質(zhì)量和

19、動(dòng)態(tài)質(zhì)量?jī)?類。光子靜態(tài)質(zhì)量為零，光子動(dòng)態(tài)質(zhì)量m與光子能量E （或光的波長(zhǎng)入）的關(guān) 系為m = E / c2 = hu/ c2 = h / cA（2.11）一、（3）光子具有動(dòng)量p,其動(dòng)量與光波長(zhǎng)入有關(guān)，或者與傳播方向k有關(guān)，可表 Z5為p = nOh /A = hk(2.12)式中：n0為光子行進(jìn)方向上的單位矢量；F）= h / 2tt； k二iiO（2tt/入）。 肆咖常釁鵲壷自黠鬆數(shù)為整數(shù)所以光子的集合服從玻卅咖鑰厭瀟鉀輝細(xì)侶鹼射、 光的吸收、光電效應(yīng)等與光和物質(zhì)相互作用有關(guān)的諸多現(xiàn)象。按照量子理論，光子是組成光輻射場(chǎng)的基本物質(zhì)單元。組成光輻射場(chǎng)的巨大 數(shù)量的光子分別處于各自不同的光子統(tǒng)

20、計(jì)狀態(tài)。光子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)簡(jiǎn)稱為光子 態(tài)，光子態(tài)是按光子所具有的不同能量（或動(dòng)量數(shù)值）、光子行進(jìn)的方向以 及偏振方向分別進(jìn)行區(qū)分。處于同一旳子態(tài)的光刮此之間是不可區(qū)分的。 由于光子是玻色了（其自旋量子數(shù)為螺數(shù)1）,在冀光子集合中，光子數(shù)按 其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分布不受泡里不相容原理的限制，可以有多個(gè)光子處于同一種 光子態(tài)上，這種現(xiàn)象稱為簡(jiǎn)并。對(duì)于光頻率波段，在常溫（例如T = 25C）下，普通熱光源的光子簡(jiǎn)并度極 低。采用特別的方法，也有可能在光頻段獲得極高的簡(jiǎn)并度，形成一種新的 光源，這就是我們將在以后的童衛(wèi)要介紹的光的受激輻射現(xiàn)象。這種高簡(jiǎn)并 度的新光源發(fā)岀的光，單色亮Sifc,大量光子處于相同的光子

21、態(tài)，有確定的 運(yùn)動(dòng)方向、頻率和偏振，稱之為相干光。相干光比起通常情況下存在的非相 干光有諸多優(yōu)越性。站指出，單獨(dú)用經(jīng)典的波或粒子概念之一去描述光，都不足以完滿地解釋光的全部現(xiàn)象，必須同時(shí)考慮到光所具有的“波粒二重性”,即需 要顧及到光不僅具有波動(dòng)性，而且還具有粒子性的雙重特性。式(2.10)和 式(212)把光的雙重性質(zhì)一波動(dòng)性和粒子性聯(lián)系起來(lái)，頻率u和波長(zhǎng)入崑描 述波動(dòng)性的，而能量E和動(dòng)量p則是描述粒子性的。波動(dòng)性和粒子性是光的客觀屬性，兩者總是同時(shí)存在的。只不過(guò)在一定 條件下，波動(dòng)的屬性表現(xiàn)明顯，而當(dāng)條件改變時(shí)，粒子的屬性又變得明 顯。例如，當(dāng)光在傳播過(guò)程中，箕波動(dòng)性明顯，這時(shí)往往把光看成

22、由一 列一列的光波組成，其表現(xiàn)出的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象可用波動(dòng)觀點(diǎn) 來(lái)解釋。而當(dāng)光和物質(zhì)相互作用時(shí)，這時(shí)往往又把光看成是由一個(gè)一個(gè) 總子組成的粒子流，光的粒子性表現(xiàn)明顯。有關(guān)光的黑體輻射、吸收光 漕希光電效應(yīng)等現(xiàn)象有時(shí)更適合用驗(yàn)字觀點(diǎn)來(lái)解釋。根據(jù)上面所說(shuō)的，我們已經(jīng)可以認(rèn)識(shí)到現(xiàn)在所說(shuō)光于光的粒子和波動(dòng)， 已不再是牛頓微粒說(shuō)中的粒子，也不再是惠更斯所理解的波動(dòng)。全面的 理解應(yīng)該是粒子中滲透著波動(dòng)性，波動(dòng)中滲透著粒子性，它們所包含的 意義比原來(lái)的粒子和波動(dòng)深刻得多。25光電子的傳播 電子學(xué)的研究對(duì)象是電子以及它以高頻振蕩的 電波。而光電子學(xué)的研究對(duì)象則是光子（或是與 之相關(guān)的載流于）。光子既具有

23、光的粒子性，又 具有與電波一樣石勺電磁波的渡動(dòng)性質(zhì)。但是兩者在本質(zhì)上還是完全不相同。1）雖然同樣是電磁波，但其頻率（波長(zhǎng)）相差 很夫。 2）光電子作為一種電磁波，其頻率高，粒子性 比波動(dòng)性更加明顯。3）電波和電子的波導(dǎo)一般是由金屬導(dǎo)體傳輸, 而光波和光子的波導(dǎo)由電介質(zhì)，也就是由非金屬 導(dǎo)體傳輸。管光與電波、X射線一樣，都是電磁波，但是一直到激免出現(xiàn)以前所謂光都只是自然光，與現(xiàn)存的人為形成并且相位一致的電波相比，它們是雜亂無(wú)章的、相位不整齊的，我們可以把它稱為“噪聲光”。典型的噪聲光如象打雷時(shí)出現(xiàn)的閃電和帶有各種頻率成分的火花放電。自然光中的 白光具有的頻譜成分，如同火花放電那樣，其連續(xù)性是由

24、無(wú)數(shù)伴有衰減振動(dòng)的脈沖光集合而成。最能明確地能夠表示光與電波的不同之點(diǎn)，大概就是頻率 或波長(zhǎng)的差別了。用u表示波的傳播速度，一切波動(dòng)（不僅是電波和光之類 的電磁波，而且包括聲波）的波長(zhǎng)入與頻皋f （也稱為振動(dòng) 次藪）之間，都有矣系甕u=入f(2.13)當(dāng)質(zhì)點(diǎn)的傳播方向與其質(zhì)點(diǎn)作垂直振動(dòng)的方向形成直角時(shí)，形歳的是一種*黃波。光渡和電波之類的電就減 以高 頻率振動(dòng)包電場(chǎng)與磁場(chǎng)組合成橫波可以在自由空間傳播， 如圖2.4所不。圖24光是由電場(chǎng)與磁場(chǎng)組合成的電磁波 圖25光和電波等電磁波在空間的傳播方式*)向(J電曲磁波在真空書(shū)傳播的速度稱為光速，以c表示。光在不同 的介質(zhì)中進(jìn)行傳播。以光速表示在折射率為n的介質(zhì)中傳 播的竜就波速度u為 u= c / n(2.14) 通常，介質(zhì)的折射率是頻率f的函數(shù)，因此，電磁波頻 率改吏時(shí)，折射室也隨之改變。在可見(jiàn)光的情況下，頻率 改菱就是顏色戎交。介質(zhì)葩折射窣n介質(zhì)材輯的性質(zhì)肴關(guān)， 介質(zhì)的介電常數(shù)用&真空中的介電常數(shù)用。