物理光学
大学物理光学总结(二)2024
大学物理光学总结（二）引言概述：光学是物理学中一个重要的分支，研究光的传播、成像以及光与物质的相互作用等问题。
本文将从五个重要的大点出发，对大学物理光学的相关内容进行总结与分析，为读者提供一个快速了解光学的途径。
正文：1. 光的干涉和衍射1.1 光的干涉现象1.1.1 杨氏实验1.1.2 干涉条纹的产生原理1.1.3 干涉的条件和分类1.2 光的衍射现象1.2.1 菲涅尔衍射和菲涅耳衍射公式1.2.2 高斯衍射公式1.2.3 衍射的条件和分类2. 光的偏振与散射2.1 光的偏振现象2.1.1 偏振光的产生与检测2.1.2 光的偏振态和偏振光的超精细结构2.1.3 光的偏振与光的传播方向2.2 光的散射现象2.2.1 雷利散射和米氏散射2.2.2 瑞利散射公式和米氏散射公式2.2.3 光的散射与物质的介电性质3. 光的色散与光的成像3.1 光的色散现象3.1.1 光的折射定律3.1.2 不同介质中的光速和折射率3.1.3 瑞利公式和阿贝尔公式3.2 光的成像现象3.2.1 薄透镜成像的基本原理3.2.2 薄透镜成像的光学公式3.2.3 光的几何光学成像和实际成像的区别4. 光的波动和相干性4.1 光的波动现象4.1.1 光的起源和光的波动理论4.1.2 光的波动性质和波动光的衍射4.1.3 光的波动与光的电磁理论4.2 光的相干性现象4.2.1 相干的条件与相干光的特点4.2.2 干涉仪器与相干的应用4.2.3 光的相干性与光的相长相消干涉5. 光的光学仪器与光的应用5.1 光谱仪及其应用5.1.1 分光器的原理和结构5.1.2 分光光度计和光谱仪的构成5.1.3 火焰光谱法和原子吸收光谱法5.2 光的干涉仪器与应用5.2.1 迈克尔逊干涉仪和弗洛姆干涉仪5.2.2 干涉仪的干涉条纹和精密测量的应用5.2.3 波段干涉仪和干涉滤波器的原理与应用总结：本文从干涉和衍射、偏振与散射、色散与成像、波动与相干性以及光学仪器与应用等五个大点，对大学物理光学的相关知识进行了概要总结。
初中物理光学知识点
初中物理光学知识点一、光的基础知识1. 光的来源：自然光源（太阳、萤火虫）和人造光源（灯泡、荧光灯）。
2. 光的传播：光在均匀介质中沿直线传播，例如激光束在空气中的直线传播。
3. 光速：在真空中，光速约为每秒299,792,458米，是宇宙中最快的速度。
二、光的反射1. 反射定律：入射光线、反射光线和法线都在同一平面内，且入射角等于反射角。
2. 平面镜成像：平面镜能形成正立、等大的虚像。
3. 镜面反射与漫反射：镜面反射指光线在光滑表面上反射，而漫反射指光线在粗糙表面上向各个方向散射。
三、光的折射1. 折射现象：光线从一种介质进入另一种介质时，其传播方向会发生改变。
2. 折射定律：入射光线、折射光线和法线都在同一平面内，且入射角和折射角的正弦值之比为常数（介质的折射率）。
3. 透镜成像：凸透镜能形成实像或虚像，凹透镜只能形成缩小的或放大的虚像。
四、光的色散1. 色散原理：不同颜色的光在通过介质时，由于折射率不同，传播速度不同，导致光线分离成不同颜色的现象。
2. 光谱：通过棱镜可以将白光分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光谱。
3. 物体的颜色：物体的颜色由其反射或透过的光的颜色决定。
五、光的干涉和衍射1. 干涉现象：两个或多个相干光波相遇时，光强的增强或减弱现象。
2. 双缝干涉：通过两个相距很近的狭缝的光波相遇时，会在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。
3. 衍射现象：光波通过狭缝或绕过障碍物时发生的方向改变现象。
六、光的偏振1. 偏振光：只在一个方向上振动的光波称为偏振光。
2. 偏振片：只允许特定方向振动的光通过的光学元件。
3. 马吕斯定律：描述偏振光通过两个偏振片后光强变化的定律。
七、光的应用1. 光纤通信：利用光的全反射原理传输信息。
2. 激光技术：利用激光的高亮度、高单色性和高方向性的特点，在医疗、工业和科研等领域有广泛应用。
3. 光学仪器：如显微镜、望远镜等，利用光学原理放大或观察微小或远距离的物体。
物理光学知识点总结
物理光学知识点总结1. 光的基本概念- 光是一种电磁波，具有波动性和粒子性（光子）。
- 可见光谱是人眼能够感知的光的范围，大约在380纳米至750纳米之间。
2. 光的传播- 光在均匀介质中沿直线传播。
- 光速在不同介质中不同，真空中的光速约为299,792,458米/秒。
- 光的传播遵循光的折射定律和反射定律。
3. 反射定律- 入射光线、反射光线和法线都在同一平面内。
- 入射角等于反射角，即θi = θr。
4. 折射定律（Snell定律）- n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)，其中n1和n2是两种介质的折射率，θ1和θ2分别是入射角和折射角。
5. 光的干涉- 干涉是两个或多个光波相遇时，光强增强或减弱的现象。
- 干涉条件是两束光的频率相同，且相位差恒定。
- 常见的干涉现象有双缝干涉和薄膜干涉。
6. 光的衍射- 衍射是光波遇到障碍物或通过狭缝时发生弯曲和展开的现象。
- 单缝衍射、圆孔衍射和光栅衍射是常见的衍射现象。
7. 光的偏振- 偏振光是电磁波振动方向受到限制的光。
- 线性偏振、圆偏振和椭圆偏振是偏振光的三种类型。
- 偏振片可以用来控制光的偏振状态。
8. 光的散射- 散射是光在传播过程中遇到粒子时发生方向改变的现象。
- 散射的强度与粒子大小、光波长和入射光强度有关。
- 常见的散射现象有大气散射，导致天空呈现蓝色。
9. 光的颜色和色散- 颜色是光的另一种表现形式，与光的波长有关。
- 色散是光通过介质时不同波长的光因折射率不同而分离的现象。
- 棱镜可以将白光分解成不同颜色的光谱。
10. 光的量子性- 光电效应表明光具有粒子性，光子的能量与其频率成正比。
- 波恩提出的波函数描述了光子的概率分布。
- 量子光学是研究光的量子性质的学科。
11. 光的相干性和光源- 相干光具有固定的相位关系，激光是一种高度相干的光源。
- 光源可以是自然的，如太阳，也可以是人造的，如激光器和灯泡。
12. 光学仪器- 望远镜、显微镜、光纤和光学传感器都是利用光学原理工作的仪器。
物理光学
3.4.2光源非单色性的影响 3.4.3两相干光波振幅比的影响
3.5.1互相干函数和复相干度 3.5.2时间相干度 3.5.3空间相干度
3.6.1条纹的定域 3.6.2等倾条纹 3.6.3圆形等倾条纹 3.6.4透射光条纹
3.7.1定域面的位置及定域深度 3.7.2楔形平板产生的等厚条纹 3.7.3等厚条纹的应用
5.1惠更斯-菲 涅耳原理
2
*5.2基尔霍夫 衍射理论
3 5.3菲涅耳衍
射和夫琅禾费 衍射
4 5.4矩孔和单
缝的夫琅禾费 衍射
5
5.5圆孔的夫 琅禾费衍射
5.6光学成像系统的 衍射和分辨本领
*5.7双缝夫琅禾费 衍射
5.8多缝夫琅禾费衍 射
5.9衍射光栅
*5.11直边的菲涅 耳衍射
5.10圆孔和圆屏的 菲涅耳衍射
5.10.1菲涅耳衍射 5.10.2菲涅耳波带法 5.10.3圆孔衍射图样 5.10.4圆屏的菲涅耳衍射 5.10.5菲涅耳波带片
5.11.1菲涅耳积分及其图解 5.11.2半平面屏的菲涅耳衍射 5.11.3单缝菲涅耳衍射 5.11.4矩孔菲涅耳衍射
5.12.1什么是全息照相 5.12.2全息照相原理 5.12.3全息照相的特点和要求 5.12.4全息照相应用举例
2.1两个频率 1
相同、振动方 向相同的单色 光波的叠加
2
2.2驻波
3 2.3两个频率
相同、振动方 向互相垂直的 光波的叠加
4 2.4不同频率
的两个单色光 波的叠加
5
2.5光波的分 析
2.1.1代数加法 2.1.2复数方法 2.1.3相幅矢量加法
2.2.1驻波的形成 2.2.2驻波实验
2.3.1椭圆偏振光 2.3.2几种特殊情况 2.3.3左旋和右旋 2.3.4椭圆偏振光的强度 2.3.5利用全反射产生椭圆和圆偏振光
大学物理_物理光学(二)
大学物理_物理光学（二）引言概述:物理光学是大学物理课程中的一门重要分支，研究光的传播、干涉、衍射、偏振等现象，深入探讨光的波动性质。
本文将从五个大点出发，分别阐述物理光学的相关理论和实践应用。
1. 光的干涉现象:- 介绍光的干涉现象，包括两束光的干涉、干涉条纹的形成等。
- 讨论干涉的条件和原理，如杨氏双缝实验、牛顿环实验等。
- 解析干涉的应用，例如干涉仪的工作原理和干涉测量技术。
2. 光的衍射现象:- 解释光的衍射现象，包括单缝衍射、双缝衍射等。
- 探讨衍射的内容和原理，如惠更斯-菲涅尔原理等。
- 探索衍射的应用，例如衍射光栅的工作原理和衍射光谱仪的使用方法等。
3. 光和波的偏振:- 介绍光和波的偏振现象，以及光的偏振方式。
- 阐述偏振光的性质和产生机制，如马吕斯定律等。
- 探讨偏振光的应用，例如偏振片的使用和偏光显微镜的工作原理等。
4. 光的相干性和激光:- 讲解光的相干性，如相干长度和相干时间等概念。
- 探讨激光，包括激光的产生原理和特性，如激光的单色性和定向性等。
- 分析激光的应用，例如激光器的工作原理和激光在通信和医学领域的应用等。
5. 光的散射和色散:- 介绍光的散射现象，如瑞利散射和弗伦耳散射等。
- 阐述色散现象，包括光的色散和物质的色散。
- 探讨散射和色散的应用，例如大气散射对天空颜色的影响和光谱分析等。
总结:物理光学是探究光波动性质的重要学科，它涉及光的干涉、衍射、偏振、相干性、激光、散射和色散等多个方面。
本文通过概述以上五个大点，详细介绍了物理光学的相关理论和实践应用，希望能够对读者对物理光学理解有所助益。
《大学物理》第十二章 光学
h
结束 返回
解：
=a
acos2
+
2
=
2asin2
=
2
asin =h
sin =4h
a 2
h
结束 返回
12-5 一平面单色光波垂直照射在厚度 均匀的薄油膜上，油 膜 覆盖在玻璃板上， 所用 单色光的波长可以连续变化，观察到 500nm与700nm这两个波长的光在反射 中消失，油的折射率为 1.30，玻璃的折射 率为1.50。试求油膜的厚度 。
第二级明纹的宽度为
Δx
´=
Δx 2
=2.73 (mm)
结束 返回
12-15 一单色平行光束垂直照射在宽 为 1.0mm 的单缝上，在缝后放一焦距为 20m的会其透镜，已知位于透镜焦面处的 屏幕上的中央明条纹宽度为2.5mm。求入 射光波长。
结束 返回
解：
=
aΔx 2D
=
1.0×2.5 2×2.0×103
sinj
=
k (a+b)
sin =0.1786k-0.5000
在 -900 < j < 900 间，
对应的光强极大的角位置列表如下：
k
sinj j
k
sinj j
0
-0.500 -300
1
2
-0.3232 -0.1464
-18051’ -8025’
3
4
0.0304 0.2072
1045’ 11057’
结束 返回
12-22 一光栅，宽为2.0cm，共有
6000条缝。如用钠光(589.3nm)垂直入射，
中央明纹的位置? 共有几级？如钠光与光
物理光学实验
物理光学实验物理光学实验是物理学和光学学科中的重要实验之一。
通过实验，我们可以深入了解光的性质和现象，并验证光的理论模型和规律。
下面将介绍几个常见的物理光学实验。
1. 干涉实验干涉实验是物理光学中最基础也是最经典的实验之一。
它通过将光束分成两束，再让它们发生干涉，从而观察干涉条纹的现象。
著名的杨氏双缝干涉实验就是干涉实验的典型例子。
这个实验展示了光的波动性质，以及波长和光程差对干涉条纹位置和强度的影响。
2. 衍射实验衍射实验是另一个重要的物理光学实验，可以用来探索光的波动性和衍射现象。
光通过一个狭缝或物体边缘时，会发生弯曲和分散，产生特定的衍射图案。
著名的菲涅耳衍射和菲涅耳直线光栅实验就是衍射实验的经典案例。
通过观察和测量衍射图案，可以研究光的传播规律和波动性质。
3. 偏振实验偏振实验是用来研究光的偏振性质的实验。
光经过偏振器后，只能沿着特定方向振动。
根据偏振光的传播方向和偏振器的角度，可以调节光的强度和偏振状态。
偏振实验可以用来研究偏振光的性质，如马吕斯定律和布菲尔定律。
它在光学通信、光学仪器等领域有重要应用。
4. 折射实验折射实验是用来研究光在不同介质中传播和折射现象的实验。
斯涅耳定律和折射率的测量就是折射实验的经典案例。
实验中，光经过界面时会发生折射，传播方向发生改变。
通过改变入射角度和介质折射率，可以观察和测量折射现象，并验证光的折射理论。
5. 散射实验散射实验用于研究光在物体表面或粒子中发生散射的现象。
散射实验可以用来研究散射的颜色、强度和角度分布等特性。
著名的雷利散射和光散射光谱实验就是散射实验的典型案例。
散射实验在大气物理学、颗粒物理学和光学成像等领域有广泛应用。
通过以上几个物理光学实验，我们可以深入了解光的性质和现象，探索光的规律和理论模型。
实验的结果和数据可以与理论预测进行比较，从而验证光学理论的准确性和可靠性。
物理光学实验不仅是物理学和光学学科的基础，也为科学研究和技术应用提供了重要支撑。
八年级物理光学知识点大全
八年级物理光学知识点大全
一、光线的传播与反射
1. 光线是直线传播的；
2. 光在空气和真空中传播的速度是相等的；
3. 光线入射到平面镜上，反射光线与入射光线的夹角相等且在同一平面内。
二、光的折射与全反射
1. 入射角与折射角的正弦值的比值称为折射率，不同介质折射率不同；
2. 入射角大于临界角时会发生全反射。
三、光学仪器
1. 光学仪器包括望远镜、显微镜、投影仪等；
2. 望远镜是由物镜和目镜组成，可以放大远处物体；
3. 显微镜也是由物镜和目镜组成，可以放大微小的物体。
四、光的偏振与波长
1. 光的偏振是指光波的振动方向；
2. 光被偏振器过滤，只能通过波形与偏振器振动方向相同的光波；
3. 光线的波长决定了它在介质中的折射率。
五、光的干涉与衍射
1. 光的干涉是指两束光线相遇后相互影响；
2. 衍射是指光线经过狭缝或像光源有缺陷的物体后发生的扩散现象。
六、光的颜色与组合
1. 白光是所有颜色的光都混合在一起的光，彩色光由具有不同频率的单色光组成；
2. 颜色可以通过色光三原色（红、绿、蓝）组合得到。
以上就是八年级物理光学知识点大全，掌握这些知识对于学习和应用光学都有很大的帮助。
希望同学们能够认真学习，积极思考，加强对物理光学知识的理解和掌握。
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2 波函数的多种表达形式 （1）
则将题目中波的表达式改写为 比较两式可得： 1）光的频率 2）波长为
= =
v
1015 z Ex 10 cos 2 t 2 0.65c
2
1015 = =5 1014 Hz 2
2 0.65c =3.9 107 390 nm 15 10
B E dl t d B d 0 D H dl I t d
（2） （3） （4）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（2）式的意义是：单位正电荷沿闭合回路移动一周时，交变的 涡旋电场所作的功等于回路中产生的感应电动势。（ 4）式中的 D d I D 为位移电流。
§1 麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组描述了电磁场的基本规律，它有积分和微分两种 表达形式。 一 积分形式的麦克斯韦方程组 1 静电场和静磁场的麦克斯韦方程组
D d Q
静电场的高斯定理 静电场的环路定律
E dl 0 B d 0
H dl I
二 平面简谐波 （3）（4）式是平面简谐波的波函数，即我们认定研究的电磁 波为平面简谐波。 1 波函数中各因子的意义
A —电场的振幅 A — 磁场的振幅
2 z vt — 波的位相
— 波长
定义某一时刻位相相同的各点所形成的包络面为波面。分析位 相因子可知：在任意时刻t时，位相相同的各点必有同一z值， 即各点位于同一垂直于z轴的平面内，波面为一平面，故（3）、 （4）式所表示的波为平面简谐波。
绪
论
一 光学的两大分支 光学是物理学最古老的学科之一，它分为几何光学和物 理光学两大部分。 几何光学：以光的直线传播模型为基础，研究光的传播 规律、 成象规律，是光学系统设计的基础。
物理光学：以光的电磁理论为基础，研究光的本性、光 的传播规律及光与物质的相互作用。 二 物理光学的内容 1 2 3 4 5 波动光学 薄膜光学 非线性光学 傅立叶光学 集成光学
* i k r t i kr t A E E Ae Ae
2
也可将复数波函数中的空间位相因子和时间位相因子分开写为 ik r i t E Ae e 将其中的振幅和空间位 相因子 ~ ikr E Ae 叫做复振幅。在许多情 况下，如果不需考虑光 波随时间的变化，可以
导电物质中，还有 j E
的关系。为电导率。 以上三式合称为物质方程。麦克斯韦方程组与物质方程结合， 构成一组完整的反映电磁场普遍规律的方程组。
§2 电磁场的波动性
一 电磁场的传播 用麦克斯韦电磁理论的基本概念，可以将电场和磁场的相互关 系表述为： 空间某区域内有变化的电场，则在临近的区域内引起变化的磁 场；这个变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化的电场， 并在更远的区域内引起新的变化的磁场。这个过程持续地继续 下去，变化的电场和变化的磁场交替产生，构成统一的电磁场。 在这种交替产生过程中，电磁场由近及远、以有限的速度在空 间内传播，形成电磁波。 二 电磁场的波动方程 由麦克斯韦方程组可导出关于电场基本量E和磁场基本量B的两 个偏微分方程，从而证明电磁场的波动性。为简化讨论，假设 所讨论的空间为无限大且充满各向同性的均匀介质，故、均 为常数；又设讨论的区域远离辐射源，因此=0，j=0。
静磁场的高斯定理
静磁场的环路定律
这一方程组只适用于稳恒场。若电场和磁场是交变场，则其中 的部分表达式不适用
2 交变电磁场的麦克斯韦方程组 麦克斯韦假定在交变电场和交变磁场中，高斯定理依然成立。 变化的磁场会产生涡旋电场，故静电场的环路定律应代之以涡 旋电场场强的环流表达式；对静磁场的环路定律则引入了位移 电流的概念后进行了修改，这样，就得出了适用于交变电磁场 的麦克斯韦方程组。 （1） D d Q
t
二 微分形式的麦克斯韦方程组 为方便地求解电磁场的某一场量，实际中常使用麦克斯韦方程 组的微分形式。
D B 0 B E t D H j t
1 2 3 4
称哈密顿算符
式中 x0 y 0 z 0 x y z
在此条件下，麦克斯韦方程组简化为
E 0 B 0 B E t E B t
1 2 3 4
E B 取第三式的旋度 t 2E 将（4）式代入上式右侧 E 2 t 2 由场论公式，上式左侧可变为 E E E
3）玻璃的折射率为
n
1 1.54 0.65
（2）就一般情况而言，平面电磁波可沿空间任意方向传播，因 此需要写出在一般情况下的波函数。 如图1—5所示：电磁波沿空间某一方向传播，在t时刻波面为∑， 波面上任意一点P到坐标原点的距离为r，电波的波函数为 E A cos k r t 式中k 为波矢量，r 为P点的位置矢量。 在物理光学的研究中，主要关注的是光的能量。而理论分析证 明：对光能量起决定作用的是电场强度E。所以将E 的表达式称 为光波的波函数。 我们研究的光波是理想的单色光波，即波的频率为与介质无关 的单一值。由于波的传播速度随介质而异，所以在不同的介质 中，波长有不同的值。真空中波长0与折射率为n的介质中的波 长的关系是 o n
k
引入波矢量k ，它的量值k 称为波数： 2
利用波的频率、周期、 波长、速度的关系： 1 v T 可将电场的波函数写为 z t E A cos2 T
定义角频率 2 ，上式又可变为 E A coskx t
是电荷分布的体密度，j是传导电流密度。从积分式变换到微 分式依据的数学定理，可参见课本后的附录。
三 物质方程 麦克斯韦方程组中共出现两个电场量E、D和两个磁场量B、H。 其中的E、B是基本量，D、H是辅助量。对应的基本量与辅助量 的关系取决于电磁场所在的物质。 在各向同性物质中，有以下关系成立： DE 为介质的介电系数 BH 为介质的磁导率
2 E 1 E 2 0 2 2 z v t 2 2 B 1 B 2 0 2 2 z v t
2
1 2
z vt z vt
引入中间变量对方程化简，令
对（1）式代换变量，得
2 2 2 E E E E 2 2 z 2 2 2 2 2 2 E E E 2 E v 2 2 2 2 t
2
两方程变为
这两个偏微分方程称波动方程，它们的解为各种波动，这表明 电场和磁场是以波动的形式在空间传播的，传播速度为v。
三 电磁波 1 电磁波的速度 电磁波在介质中的传播速度取决于介质的介电常数和磁导率， 关系式为：
v 1
当电磁波在真空中传播时，速度为c
c 1
0 0
2 电磁波谱 电磁波包含许多波长成分，除了我们熟知的无线电波和光波以 外，还包括X射线、射线等。按照波长或频率的顺序把这些电 磁波排列成，称为电磁波谱，如图1－1所示。
（3） 复数形式的波函数 为了运算方便 ，波函数常写成如下的复数形式
E A exp i k r t
用这种复数表达式，可以免去复杂的三角函数运算。例如在光 学问题中，常常要求振幅A的平方值，因为光波的能量（光强度 I）与A2成正比。要求A2，只需将复数E乘上其共轭复数E*：
3 介质的绝对折射率 电磁波在真空中的速度与在介质中的速度是不等的。为了描述 不同介质中电磁波传播特性的差异，定义了介质的绝对折射率：
n c v
代入c、v各自的表达式，有
c n v
r r 0 0
r 为相对介电常数， r 为相对磁导率。
对除磁性物质以外的大 多数物质而言， r 1, 故 n r 这个表达式称麦克斯韦 关系。
上式还可进一步简化。 设沿Z轴正向传播的平面波 v 0，沿Z轴负向传播的平面波 v 0， 则可将f1、f 2 两函数合二为一。 故电波的波函数最终为 E f z vt
对方程2进行类似求解，得磁波 的波函数为 B f z vt
取周期为2的余弦函数作为波动方 程的特解： 2 3 E A cos z vt 2 4 B A cos z vt
2
因此（1）式化简为
2E 1 2E 2E 2 4 0 z 2 v t 2 E 即 0
对积分得
g 是的任意矢量函数
E g
再对 积分得 E g d f 2 f1 f 2 f1 z vt f 2 z vt f1、f 2是z和t的两个任意函数，代表 沿Z轴正、负方向传播的两 个平面波。
一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为
z E y 0, Ez 0, Ex 102 cos 1015 t 0.65c
试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解：沿z方向传播的平面波形式为
z z E A cos 2 t A cos 2 t c / n
第一章
光的电磁理论
1864年，麦克斯韦在总结安培、法拉第等人关于电场、磁场的 研究工作的基础上，归纳得出了描述统一的电磁场规律的麦克 斯韦方程组，建立了完整的电磁场理论。1865年他进一步提出 了光是一种电磁波的设想并在1888年为赫兹的实验所证实，光 的电磁理论由此得以确立。光的电磁理论的建立推动了光学及 整个物理学的发展，尽管在理论上有其局限性，但它仍是阐明 众多光学现象的经典理论。