光電子技術(shù)基礎(chǔ)光學(xué)知識(shí)

光電子技術(shù)基礎(chǔ)光學(xué)知識(shí)第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五微粒理論認(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)方法測定光速，因而難以根據(jù)折射現(xiàn)象去判斷這兩種學(xué)說的優(yōu)劣。但由于牛頓在科學(xué)界的祟高威望，使得光的微粒理論在很長一段時(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，而微粒理論則無能為力。1850年，佛科(J.B.L.Foucauｈ）用實(shí)驗(yàn)方法測定了水中的光速，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)說建立起更為堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五

但是，從19世紀(jì)末到21世紀(jì)初，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）提出輻射的量子理論,1905年愛因斯坦（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。這個(gè)光子學(xué)說的理論認(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)。第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五

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)特性符合電磁波的特征，那么我們有必要再回過頭來認(rèn)識(shí)一下電磁波。1864年麥克斯韋發(fā)表了“電磁場的動(dòng)力理論”這一著名論文，建立了描述電磁場變化規(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進(jìn)行的傳播。若在空間某區(qū)域有變化電場E(或變化磁場H)，那么將在鄰近區(qū)域引起磁場H的變化(或電場E的變化），這種變化的電場和磁場相互激發(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。與此相關(guān)的電磁場的基本性質(zhì)如下：

第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五(1)在電磁場中，電場矢量E、磁場矢量H和傳播方向k三者相互垂直。E,H和k三個(gè)矢量的方向成右手螺旋關(guān)系；

(2)電磁波是橫波，沿給定方向傳播的電磁波，E與H的振動(dòng)方向都是在各自垂直于傳播方向k的平面內(nèi)，這一特性稱為偏振性；

(3)空間各點(diǎn)E和H都作周期性變化，并且它們的相位相同；(4)電磁波在真空中的傳播速度為

c=(2.1)式中：ε0為真空中的介電常數(shù)；μ0為真空中的磁導(dǎo)率。在國際單位制中，指定μ0=4π×10-7H/m，由精密測定ε0=8.854×10-12F/m，推算得c≈3.0×108m/s。電磁波的波譜范圍很廣，包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、Ｘ射線和Y射線等。這些電磁波從波動(dòng)特性的角度，本質(zhì)上完全相同，只是波長不同而已。真空中電磁波的波長λ與頻率υ的關(guān)系為

λ=c/υ（2.2）真空中電磁波的傳播速度c≈3.0×108m/s為常量，所以頻率不同的電磁波在真空中具有不同的波長。頻率愈高，對(duì)應(yīng)的波長就越短。按照電磁波頻率或波長的順序可以排列起一電磁波譜圖，如圖2.1所示。

第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五圖2.1電磁波及可見光波長分布第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五表2.1列出了電磁波段的詳細(xì)劃分及用途,這里涵蓋了目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并得到廣泛利用的不同波長的各類電磁波，這里有波長達(dá)104m以上的，也有波長短到10-5nm以下的。下面對(duì)各種不同性質(zhì)的電磁波分別作簡單的介紹。

電磁波譜主要形成手段波長范圍頻率范圍/MHz目前的主要應(yīng)用無線電波長波電子線路3~30km0.01~0.1越洋長距離通訊、導(dǎo)航中波200m~3km0.1~1.5AM廣播、電報(bào)通訊短波10~200m1.5~30AM廣播、電報(bào)通訊超短波1~10m30~300FM廣播、電視、導(dǎo)航微波行波管、調(diào)速管、磁控管1mm~1m300~3×105電視、雷達(dá)、導(dǎo)航光波紅外線熱體激光0.76um~1mm3×105~4×108雷達(dá)、導(dǎo)航、光線通信可見光電弧燈0.40~0.76um(4~7.5)×108紫外線汞燈0.03~0.40um7.5×(108~1010)醫(yī)用、照相制版X射線X射線管0.1nm~0.03um1010~3×1012醫(yī)用、探傷、物相分析Γ射線加熱器1.0pm~0.1nm3×(1012~1014)探傷、物相結(jié)構(gòu)分析第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五波長超過lmm的電磁波我們統(tǒng)稱為無線電波，其頻率不超過300MHz。除了自然界本身具有的以外，我們通常研究和使用的無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。通過對(duì)電子線路進(jìn)行調(diào)制，可用來承載和傳遞各種信息。百多年來無線電波已被廣泛地應(yīng)用于無線電廣播、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。

無線電波我們無法用肉眼直接看見，而我們所討論的可見光卻是我們睜開眼睛就能見到的。可見光其實(shí)也是電磁波，但只占整個(gè)電磁波譜中很小的一部分，只有波長范圍在400~760nm之間的電磁波能使人眼產(chǎn)生光的感覺。有意思的是不同波長的電磁波對(duì)人眼中所呈現(xiàn)的效果是各不相同，隨著波長的縮短，呈現(xiàn)的感官效果，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是各種顏色的可見光的混合，也即是400~760nm之間的電磁波的混合。第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五紅外線波比紅光的波長長，一般看不見，波長在0.76um~1mm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)于觀察和測定肉眼看不見的對(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、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的紫色光的波長短，同樣我們的眼睛也看不見，其波長范圍在30~400nm之間。它也可以進(jìn)一步按照波長由長到短細(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)。第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五

比紫外線的波長更短的電磁波被稱為X射線，其波長范圍在0.1~30nm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射線管發(fā)射出來。X射線由于波長短，具有很強(qiáng)的穿透能力，它透過各種物體的本領(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。

波長在1.0pm~0.1nm之間的電磁波被稱為γ射線。γ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)出的一種波長極短的電磁波。γ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)的探測及研究。

第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五2.3光傳播的的一些基本現(xiàn)象可見光是一種波長很短的電磁波，靠著電磁場在空間中傳播，電磁場的傳播具有波動(dòng)性。應(yīng)用光的電磁理論，能解釋光的反射、折射、干涉、衍射、偏振和雙折射等與光的傳播特性有關(guān)的現(xiàn)象。2.3.1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)出反射定律與折射定律。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θ1等于入射角θ/1，即

θ1=θ/1（2-3）第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五光波射在介質(zhì)界面上時(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

n1sinθ1=n2sinθ2(2.4)當(dāng)n1>n2時(shí)，入射光的能量逐漸增大θ1角會(huì)反射，當(dāng)θ1增加到θc時(shí)，如圖2.2（c）所示，θ2=90o，其中θc滿足

sinθc=n2/n1(2.5)當(dāng)θ1＞θc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)象稱為全反射，如圖2.2(d)所示。第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五圖2.2光的反射、全反射、折射現(xiàn)象第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五2.3.2偏振在空間傳播的電磁波，其電場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，用偏振度來描述。第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五由自然光得到偏振光的過程稱為起偏，所用器件為起偏器，常見起偏方式有以下幾種：（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，這是利用光在界面上的反射與吸收過程使自然光起偏，以獲得偏振光的一種方式。如圖2.3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)表面對(duì)垂直和平行入射面的電場分量的反射率均是入射角θ1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θ1=θB時(shí)，平行分量的反射率為0，反射部分只剩下垂直分量，成為線偏光，這一角度θB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

sinθB=n2/n1(2.6)這成為布儒斯特定律。第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五

圖2.3反射與吸收起偏第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五2.3.3干涉和衍射

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，就形成了干涉。兩束光干涉所得光強(qiáng)為

I=E20l+E202+2E01E02cos(φ2-φ1)=I1+I2+2cos(φ2-φ1)（2.7）式中I為光強(qiáng)度；E為光波的振幅；φ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可以大于I1＋12，也可以小于I1＋12，具體值由相位差△φ＝?jīng)Q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)果能使光的強(qiáng)度得到加強(qiáng)，這稱為光的相干相長現(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。兩束光干涉相長的條件是△φ=2πδ/λ=2πm（m=0,±1,±2,…）(2.8a)或

δ=mλ（m=0,±1,±2,…）(2.8b)式中，δ為光程差。第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五兩束光干涉相消的條件是△φ=(2m+1)π（m=0,±1,±2,…）(2.9a)或

δ=λ(2m+1)/2（m=0,±1,±2,…）(2.9b)

光線不僅會(huì)直射，也會(huì)繞射。把不透明的物體放在光源和觀察屏之間，就會(huì)發(fā)現(xiàn)投射在屏幕上的影子并不十分清晰，這種使光繞過障礙物，進(jìn)入幾何陰影區(qū)的現(xiàn)象稱為光的衍射。衍射現(xiàn)象與光的干涉有關(guān)，衍射的本質(zhì)可用惠更斯一菲涅耳原理解釋：光波在介質(zhì)中傳播的各點(diǎn)均可視為產(chǎn)生子波的新波源，同一波面前上的各點(diǎn)發(fā)出的子波傳播到空間某一點(diǎn)時(shí)，各子波間也可以互相疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，由于波面前邊緣各點(diǎn)發(fā)出的子波離開軸心，所以邊緣部分的波發(fā)生某些彎曲，后續(xù)的波前越來越彎曲，因而發(fā)生了衍射現(xiàn)象。第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五2.4光也是一種粒子—光子人們?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。光子學(xué)說理論認(rèn)為，光是由一群以光速c運(yùn)動(dòng)的光量子（簡稱光子）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：（1）光子具有能量E，其能量與一定的光頻率υ相對(duì)應(yīng)，如式（2.10）所示。

E=hυ（2.10）式中：h為普朗克常數(shù)，h=6.626×10-34J·s。（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)量和動(dòng)態(tài)質(zhì)量兩類。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λ）的關(guān)系為

m=E/c2=hυ/c2=h/cλ（2.11）

(3)光子具有動(dòng)量p，其動(dòng)量與光波長λ有關(guān)，或者與傳播方向k有關(guān)，可表示為p=n0h/λ=?k（2.12）式中：n0為光子行進(jìn)方向上的單位矢量；?=h/2π；k=n0(2π/λ)。

(4)光子具有自旋的特性，其自旋的量子數(shù)為整數(shù)，所以光子的集合服從玻色一愛因斯坦（Bose-Einstein）統(tǒng)計(jì)規(guī)律。第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五

波長為λ的光是質(zhì)量為m=h/cλ,能量為E=hυ,動(dòng)量為p=(h／λ)no的光子的集合體，光的傳播實(shí)際上是光子的輻射流。光子學(xué)說理論可以解釋光的發(fā)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的基本物質(zhì)單元。組成光輻射場的巨大數(shù)量的光子分別處于各自不同的光子統(tǒng)計(jì)狀態(tài)。光子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)簡稱為光子態(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。處于同一光子態(tài)的光子彼此之間是不可區(qū)分的。由于光子是玻色子（其自旋量子數(shù)為整數(shù)1），在其光子集合中，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)象稱為簡并。

對(duì)于光頻率波段，在常溫（例如T=25℃）下，普通熱光源的光子簡并度極低。采用特別的方法，也有可能在光頻段獲得極高的簡并度，形成一種新的光源，這就是我們將在以后的章節(jié)要介紹的光的受激輻射現(xiàn)象。這種高簡并度的新光源發(fā)出的光，單色亮度高，大量光子處于相同的光子態(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。第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五

應(yīng)當(dāng)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(2.12)把光的雙重性質(zhì)—波動(dòng)性和粒子性聯(lián)系起來，頻率υ和波長λ是描述波動(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)光在傳播過程中，其波動(dòng)性明顯，這時(shí)往往把光看成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)光子組成的粒子流，光的粒子性表現(xiàn)明顯。有關(guān)光的黑體輻射、吸收光譜和光電效應(yīng)等現(xiàn)象有時(shí)更適合用粒子觀點(diǎn)來解釋。根據(jù)上面所說的，我們已經(jīng)可以認(rèn)識(shí)到現(xiàn)在所說光于光的粒子和波動(dòng)，已不再是牛頓微粒說中的粒子，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的粒子和波動(dòng)深刻得多。第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五2.5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)的載流子）。光子既具有光的粒子性，又具有與電波一樣的電磁波的波動(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）相差很大。

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。第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五盡管光與電波、X射線一樣，都是電磁波，但是一直到激光出現(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)性是由無數(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的差別了。用υ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λ與頻率f（也稱為振動(dòng)次數(shù)）之間，都有關(guān)系式

υ=λf（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)，形成的是一種橫波。光波和電波之類的電磁波，以高頻率振動(dòng)的電場與磁場組合成橫波可以在自由空間傳播，如圖2.4所示。第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五圖2.4光是由電場與磁場組合成的電磁波圖2.5光和電波等電磁波在空間的傳播方式

第二十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期五光在某一時(shí)刻的狀態(tài)，可用電場矢量、磁場矢量和傳播矢量來描述。圖2.4就表示了光的一種狀態(tài)。我們已知了電磁波在真空中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)中傳播的電磁波速度υ為

υ=c/n(2.14)