3、光的特性：原理与应用解析

光的特性：原理与应用解析

1. 引言

光源于电磁辐射的一般特性，是一个复杂的概念。在诸如显示器等应用中，往往只需掌握最基本的传播概念。光传播的基础理论源自像麦克斯韦方程组这样复杂的数学理论，但从这些关系中衍生出的光线、波和偏振等基本概念，足以解决大多数显示问题。

几个世纪以来，人们一直在对光的特性进行假设，至今仍有许多现象未被完全理解。牛顿在《光学》一书中将光描述为粒子流；格里马尔迪首次发表了光的波动特性，随后惠更斯进一步发展了该理论。现代观点认为光具有波粒二象性。

理解光特性的简单方法是针对具体问题应用合适的理论机制。在显示领域，大多数问题可通过光子（利用射线或几何光学）或波传播（波动光学）来解决。以下是光传播的可视化机制：
- 光线或波前 ：光线和波前是光传播的理想化表示，虽未考虑光路中小特征或边缘的情况，但仍是解决光学问题的有力工具。边缘和边界处光的复杂特性由衍射理论解释。射线理论的难度层次多样，从简单几何射线到近轴射线、斜射线和像差等。
- 射线和波前的关系 ：射线和波前是同一现象的不同几何表示，可相互转换。光线可看作从波前延伸而出，波前也可由一组光线根据惠更斯子波传播原理生成。在多数显示应用中，几何射线理论更常用，但波前同样可用于解决问题。
- 光波表达式 ：光的波动特性可产生类似池塘表面涟漪的波前。光的传播可在空间和时间维度上表达，且二者可独立求解。典型的传播光波表达式如下：
- (c = A\cos(2\pi(\frac{z}{\lambda} - \frac{t}{\tau})))，其中 (A) 是在空间 (z)