data/attachment/portal/201111/06/091744c1979qcejb2qj129.gif波动光学
波动光学是光学中非常重要的组成部分，内容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等，无论理论还是应用都在物理学中占有重要地位。粒子在光场或其他交变电场的作用下，产生振动的偶极子，发出次波。用这样模型来说明光的吸收、色散、散射、磁光、电光等现象，甚至光的发射也是一般波动光学的内容。电磁波理论应用到晶体称晶体光学。光波波长约为3.9-7.6×10cm，一般的障碍物或孔隙都远大于此，因而通常都显示出光的直线传播现象。
目录
简介
发展史
衍射现象
与几何光学关系
参考资料
简介
data/attachment/portal/201111/06/0917446tlm1q11d258tqa6.gif波动光学示意图
光的波动学说首先是C·惠更斯在1690年提出来的。他设想光的传播类似水波、声波。光振动所达到的每一点都可以看作次波的中心。次波的包络面为传播着的波阵面。波阵面上每一点又产生新的次波，依次继续传播。但这个原理只能说明光的折射和反射。到1807年，T.杨用惠更斯原理做了双孔干涉实验，说明了光波的干涉。到了1815年A.-J.菲涅耳补充了惠更斯原理，即各次波到达某一点的作用，要考虑到次波间的位相关系。这补充能很好地说明光的衍射现象，称惠更斯－菲涅耳原理，往后在1823年左右，菲涅耳从光在弹性以太中传播的理论出发，推导出不同偏振的四个关于折射光、反射光与入射光振幅的比的关系式。虽然这四个关系式和光的偏振实验符合，但弹性以太的假设是不正确的。
如将它应用到双折射晶体就得不到正确的结果。直到1860年J·C·麦克斯韦提出电磁波理论以后，才能完全地说明光的干涉、衍射、偏振及光在晶体中传播的现象。大约在1896年，H·A·洛伦兹创立了电子论。他假设物质是由带正负电荷的粒子组成。粒子在光场或其他交变电场的作用下，产生振动的偶极子，发出次波。用这样模型来说明光的吸收、色散、散射、磁光、电光等现象，甚至光的发射也是一般波动光学的内容。电磁波理论应用到晶体称晶体光学。60年代发明了激光，产生相干光。
从光的波动性出发，结合电波通信信息理论，发展了光学信息处理、全息术等新的学科分支。由于激光强，光的电场也强，和物质起的极化作用相应也大，除正比干光场的一次项外，还有和光场的二次、三次等成比例项。因而极化与光场就不再是线性关系了。发展这种关系的光学称非线性光学。又当光在尺寸很小的媒质中传播时，它的行为和微波在波导管中传播相似。论述这类波动，有正在开始发展的纤维光学、集成光学等。
发展史
data/attachment/portal/201111/06/091749uvs4jx46xpdbxx9c.jpg牛顿的白光实验以及牛顿圈的发现，使光学由几何光学进入了波动光学
从十七世纪开始，就发现有与光的直线传播不完全符合的事实。意大利人格里马第（1618-1663年）首先观察到光的衍射现象，他发现在点光源的照射下，一根直竿形成的影子要比假定光以直线传播所应有的宽度稍大一些，也就是说光并不严格按直线传播，而会绕过障碍物前进。接着，1672年-1675年间胡克（1635-1703年）也观察到衍射现象，并且和玻意耳（1627-1691）独立的研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹，所有这些都是光的波动理论的萌芽。
十七世纪下半叶，牛顿（1642-1727年）和惠更斯（1629-1695年）等把光的研究引向进一步发展的道路。牛顿的白光实验以及牛顿圈的发现，使光学由几何光学进入了波动光学。惠更斯最早比较明确的提出了光的波动说。在《论光》（1690年）一书中，他认为光的运动不是物质微粒的运动而是媒质的运动即波动，运用波动说，他很好的解释了光的反射，折射以及方解石的双折射现象。
19世纪的光学是由英国医生托马斯·杨以复兴波动说的论文揭开序幕的。1801年，杨向皇家学会宣读了关于薄片颜色的论文，文中正式将干涉原理引入到光学之中，并且用这一原理解释薄片上的颜色和条纹面的衍射。在这篇论文中，杨还系统提出了波动光学的基本原理，提出了光波长的概念，并给出了测定结果。正是由于光波长太短，以至遇障碍物拐弯能力不大，这也是人们很难观察到这类现象的原因。又于1803年发表了物理光学的实验和计算，对双缝干涉现象进一步作出了解释。在1807年出版的《自然哲学讲义》中，杨系统阐述了他提出的波动光学的基本原理。
几乎独立的提出的波动说的还有法国物理学家菲涅尔（1788-1827年）。1815年，他向科学院提交了第一篇光学论文，文中仔细研究了光的衍射现象，并提出了光的干涉原理。后来，菲涅尔与杨齐心协力，在波动学说基础上的光学实验大量涌现，使19世纪在波动光学方面取得了重大发展。
衍射现象
data/attachment/portal/201111/06/091749vjf9fkfq3bqv9q59.gif波动光学
光的衍射是光的波动性的重要标志之一，光在传播过程中所呈现的衍射现象，进一步揭示了光的波动本性。同时衍射也是讨论现代光学问题的基础。
波在传播中表现出衍射现象，既不沿直线传播而向各方向绕射的现象。窗户内外的人，虽然彼此不相见，都能听到对方的说话声，这说明声波（机械波）能饶过窗户边缘传播。水波也能绕过水面上的障碍物传播。无线电波能绕过山的障碍，使山区也能接受到电台的广播。这些现象表明，当波遇到障碍物时，它将偏离直线传播，这种现象叫做波的衍射。
光的传播看来是沿直线进行的，遇到不透明的障碍物时，会投射出清晰的影子，粗看起来，衍射和直线传播似乎是彼此矛盾的现象。
光的干涉现象是几束光相互叠加的结果。实际上即使是单独的一束光投射在屏上，经过精密的观察，也有明暗条纹花样出现。例如把杨氏干涉实验装置中光阑上两个小孔之一遮蔽，使点光源发出的光通过单孔照射到屏上，仔细观察时，可看到屏上的明亮区域比根据光的直线传播所估计的要大得多，而且还出现明暗不均匀分布的照度。光通过狭缝，甚至经过任何物体的边缘，在不同程度上都有类似的情况。把一条金属细线（作为对光的障碍物）放在屏的前面，在影的中央应该是最暗的地方，实际观察到的却是亮的，这种光线绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强不均匀的分布的现象叫做光的衍射。
光的衍射现象的发现，与光的直线传播现象表现上是矛盾的，如果不能以波动观点对这两点作统一的解释，就难以确立光的波动性概念。事实上，机械波也有直线传播的现象。超声波就具有明显的方向性。普通声波遇到巨大的障碍物时，也会投射清楚的影子，例如在高大墙壁后面就听不到前面的的声响。在海港防波堤里面，巨大的海浪也不能到达。微波一般也同样是以直线传播的。衍射现象的出现与否，主要决定于障碍物线度和波长大小的对比。只有在障碍物线度和波长可以比拟时，衍射现象才明显的表现出来。声波的波长可达几十米，无线电波的波长可达几百米，它们遇到的障碍物通常总远小于波长，因而在传播途中可以绕过这些障碍物，到达不同的角度。一旦遇到巨大的障碍物时，直线传播才比较明显。超声波的波长数量级小的只有几毫米，微波波长的数量级也与此类似，通常遇到的障碍物都远较此为大，因而它们一般都可以看作是直线传播。
光波波长约为3.9-7.6×10cm，一般的障碍物或孔隙都远大于此，因而通常都显示出光的直线传播现象。一旦遇到与波长差不多数量级的障碍物或孔隙时，衍射现象就变的显著起来了。
与几何光学关系
data/attachment/portal/201111/06/0917492w23w2liiw3w21kk.gif波动光学示意图
与可见光传播相关联的电磁场，其特点是振动非常之快（频率数量级为10秒），或者说是波长非常短（数量级为10－15厘米）。因此可以预期，在这种情况下，完全忽略波长的有限大小，可以得到光传播定律的良好一级近似。人们发现，对很多光学问题而言，这样处理是完全适合的。在光学中，可以忽略波长，即相当于λ0→0极限情况的这一分支，通常称为几何光学，因为在这种近似处理下，光学定律可以用几何学的语言来表述。
衍射现象的一个最简单的典型例子-单狭缝的夫琅和费衍射。它包含着衍射现象的许多主要特征。来自光源S的光（例如激光）经望远镜系统构成的扩束器L1扩束直接投射到一狭缝上。在狭缝后面放置一透镜L2，那么在透镜L2的焦平面上放置的屏幕Ｆ＇Ｆ上将产生明暗交替的衍射花样。其特点是在中央具有一特别明亮的亮条纹，两侧排列着一些强度较小的亮条纹。相邻的亮条纹之间有一暗条纹。如以相邻暗条纹之间的间隔作为亮条纹的宽度，则两侧亮条纹为等宽的，而中央亮条纹的宽度为其它条纹的两倍。人们将亮条纹到透镜中心所张的角度称为角宽度。中央亮条纹和其它亮条纹的角宽度不相等。中央亮条纹的角度等于2λ/b(b为缝宽)，即等于其它亮条纹角宽度的二倍。那么中央亮纹的半角宽度Δθ=λ/b，正好等于其它亮纹的角宽度。
由于中央亮斑集中了大部分光能，所以它的半角宽度的大小可作为衍射效应强弱的量度。式子Δθ=λ/b，告诉人们，对给定的波长，Δθ与缝宽b成反比，即在波前上对光束限制越大，衍射场越弥散，衍射斑铺开的越宽；反之当缝宽很大，光束几乎自由传播时，Δθ→0，这表明衍射场基本上集中在沿直线传播的方向上，在透镜焦平面上衍射斑收缩为几何光学象点。式子Δθ=λ/b还告诉人们，在保持缝宽不变的条件下，Δθ与λ成正比，波长越长，衍射效应越显著；波长越短，衍射效应越可忽略。所以说几何光学是b>>λ时的一种近似，或说λ→0的近似。除了直线传播定律之外，作为几何光学基础的另外两条定律-反射定律和折射定律，也都只在入很小的条件下才近似成立，所以几何光学原理的适用范围是有限度的，在必要的时候需要用更严格的波动理论来代替它。不过由于几何光学处理问题的方法要简单的多，并且它对各种光学仪器中遇到的许多实际问题已足够精确，所以几何光学并不失为各种光学仪器的重要理论基础。
参考资料
物理乐园网http://vip.6to23.com/wlparadise/bylw/weihy.htm
泽泽网http://www.zzgwu.com/wiki/index.php?doc-view-502149