光學(xué)與我們的生活

光學(xué)與我們的生活如果說眼睛是心靈的窗戶，那么，光就是打開我們眼睛與外面世界大門的鑰匙。光，無處不在，在我們的生活中，在我們的周圍。沒有了光，我們的生活會怎樣？沒有了光，我們的世界又會怎樣？奇異的日食、蔚藍(lán)的天空、紅色的落日、絢麗的霞光、美妙的彩虹、神秘的海市蜃樓等這些美妙的景象無不令人心醉著迷，但在這些美景的背后又隱藏了多少科學(xué)界的奧秘等待著人們?nèi)ヌ剿?，去發(fā)現(xiàn)。光,準(zhǔn)確的定義是人類眼睛可以看見的一種電磁波，也稱可見光譜。在科學(xué)上的定義，光是指所有的電磁波譜。光是由光子為基本粒子組成，具有粒子性與波動性，稱為波粒二象性。光可以在真空、空氣、水等透明的物質(zhì)中傳播。對于可見光的范圍沒有一個明確的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波長在400-700毫米之間。人們看到的光來自于太陽或借助于產(chǎn)生光的設(shè)備，包括白熾燈泡、熒光燈管、激光器、螢火蟲等。光分為人造光和自然光。自身發(fā)光的物體稱為光源，光源分冷光源和熱光源。人眼對各種波長的可見光具有不同的敏感性。實驗證明，正常人眼對于波長為555納米的黃綠色光最敏感，也就是這種波長的輻射能引起人眼最大的視覺，而越偏離555nm的輻射，可見度越小。了解光，了解光學(xué)，我們才能更好得去發(fā)現(xiàn)生活中的光，體會不一樣的大自然。光學(xué)，是研究光（電磁波）的行為和性質(zhì)，以及光和物質(zhì)相互作用的物理學(xué)科。傳統(tǒng)的光學(xué)只研究可見光，現(xiàn)代光學(xué)已擴(kuò)展到對全波段電磁波的研究。光是一種電磁波，在物理學(xué)中，電磁波由電動力學(xué)中的麥克斯韋方程組描述；同時，光具有波粒二象性，需要用量子力學(xué)表達(dá)。光學(xué)的一個重要的分支是由成像光學(xué)、全息術(shù)和光學(xué)信息處理組成的。自20世紀(jì)50年代以來，人們開始把數(shù)學(xué)、電子技術(shù)和通信理論與光學(xué)結(jié)合起來，給光學(xué)引入了頻譜、空間濾波、載波、線性變換及相關(guān)運算等概念，更新了經(jīng)典成像光學(xué)，形成了所謂“博里葉光學(xué)”。再加上由于激光所提供的相干光和由利思及阿帕特內(nèi)克斯改進(jìn)了的全息術(shù)，形成了一個新的學(xué)科領(lǐng)域——光學(xué)信息處理。光纖通信就是依據(jù)這方面理論的重要成就，它為信息傳輸和處理提供了嶄新的技術(shù)。光子信息系統(tǒng)的空間帶寬和頻率帶寬都很大，帶寬和連接性的徹底改善將使系統(tǒng)的信息交換和傳遞更加通暢。這一優(yōu)異特性已在現(xiàn)代光通信中得以充分體現(xiàn)，或者說近十年光纖通信的迅猛發(fā)展恰恰是光子技術(shù)促成的光纖通信的容量從原理上講比微波通信大1萬倍到10萬倍以上，一路微波通道可以傳送一路彩色電視或1千多路數(shù)字電話信號，而一根光纖則可以同時傳送1千多萬甚至1億路電話。光纖通信的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，主要用于市話中繼線。光纖通信的優(yōu)點在這里可以充分發(fā)揮，逐步取代電纜，得到廣泛應(yīng)用。長途干線通信過去主要靠電纜、微波、衛(wèi)星通信，現(xiàn)已逐步使用光纖通信，并形成了占全球優(yōu)勢的比特傳輸方法。光在我們的周圍，光學(xué)滲透著我們的生活。大自然的很多光現(xiàn)象和光奇觀都有一定的科學(xué)依據(jù)和原理?？茖W(xué)研究表明，地球大氣中充滿了塵埃和其他懸浮微粒，大氣并非完全透明。藍(lán)天、白云、紅日其實都是太陽光被大氣散射的結(jié)果。虹霓現(xiàn)象是大氣中的水滴對陽光折射色散和全反射所產(chǎn)生的綜合效應(yīng)。海市蜃樓，究其成因，它是由光的折射產(chǎn)生的一種現(xiàn)象，是光在密度分布不均勻的空氣中傳播時產(chǎn)生的全反射現(xiàn)象。光是地球生命的來源之一。光是人類生活的依據(jù)。光是人類認(rèn)識外部世界的工具。光是信息的理想載體或傳播媒質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計，人類感官收到外部世界的總信息中，至少90％以上通過眼睛??當(dāng)然，大自然還有很多光學(xué)現(xiàn)象我們還無法解釋，而現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展又極其迅速，現(xiàn)代光學(xué)的應(yīng)用方面還存在著諸多問題，這些都需要我們?nèi)ヌ剿?，去思考，去解決。我相信，光，不只是給大自然的一切賦予生存