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文档简介
光的基本性质
光的基本性质1、光既是粒子又是波，具有波粒二象性（1）光子的能量：（2）光子的质量：（3）光子的动量：（4）光子有两个独立的偏振态；（5）光子有自旋，且自旋量子数为整数，大量光子的集合服从玻色——爱因斯坦分布。2、光是粒子性和波动性的统一：利用量子电动力学的理论，可以将电磁场量子化（1）电磁场的本征模式：具有基元能量和基元
动量的物质单元即属于同一本征模式的光子；（2）具有相同动量和相同能量的光子彼此不可区分，
应属于同一模式（或状态）；（3）处于同一模式或同一状态内的光子数目是没有
限制的；（4）任意电磁场可以看作一系列单色平面波或本
征模式的线性叠加。3、光波模式——从波动性来讨论（1）麦克斯韦氏方程的解特解：单色平面波。通解：一系列单色平面波的叠加。（2）自由空间中的电磁波:任意波矢的平面波均可
以存在。（3）受边界条件限制空间的电磁波：一系列独立
的具有特定波矢的平面单色驻波。即只
允许驻波模式存在！（4）光波模式：能存在于腔内的以波矢为标志的电磁波模式。不同模式以区分，同一又由于对应两个独立的偏振态，则同一波矢对应两个不同偏振方向的光波模式。（5）求体积为V的空腔中的光波模式数光波模式：在一个有边界条件限制的空间V内，具有特性波矢的平面驻波。一维驻波的形成：一维行波遇到障碍物后返回与原行波叠加形成的。驻波的形成10波腹波节对于驻波腔：形成一维驻波必须满足条件：同理，可得二维空间驻波在
，方向上必须满足条件：又因为：则的三个分量应满足：（a）设：在
,,，
三方向应用驻波条件得：（b）光波模式的波矢空间表示波矢空间：以kx、ky、kz为直角坐标系构成的空间。每一个光波模式对应该空间的一个点。每个光模在波矢空间所占体积为：相邻模间隔：每一组正整数，，对应于驻波腔内一种光波模式。波矢空间中每个光波模式所占体积：第一象限中区间体积：此体积内光波模式数：
V体积空腔内，频率内光波模式数（其中考虑了同一有两种不同的偏振，所以总模式数乘以2）：（2）光子运动状态的描述受测不准关系的限制，其坐标和动量不能同时准确测定！（a）一维运动时：在的二维相空间面积元内的粒子状态在物理上不可区分，故属于同一种光子状态。4、光子态——从粒子性来讨论在频率很高的光频波段,由于λ<<L,空腔中模密度很大，因而Laser的制成面临更大的挑战。（1）经典力学中粒子运动状态的描述用六维相空间的一个点，即广义笛卡尔坐标（
,
,
,
,
,
）精确描述！（b）二维运动时：在的四维相空间面积元内的粒子状态在物理上不可区分，故属于同一种光子状态。（c）三维运动时：在的六维相空间体积元内的粒子状态在物理上不可区分，故属于同一种光子状态。
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