光，那么耀眼，那么温暖。
光，仿佛看得见，又或看不见。
你说你懂光，你看得见，红橙黄绿蓝靛紫，谁持彩练当空舞？
你说你懂光，你感得到，赤日炎炎似火烧，野田禾稻半枯焦。
因为光，地球有了白天；因为光，世界变得五彩斑斓；也因为光，万物有了生长的能源。
可是，你知道有哪些物理量可以表征光吗？就像丈量长度的单位，有米、厘米等；而关于光，有什么常用的单位呢？
严格来说，光是一种电磁波，它既具有波动性，也具有粒子性。所以，从其波动性来说，光就会有一定的波长和频率，且在真空下光速c是恒定的，约3.0×10＾8m/s。这三个量满足如下条件：速度 。
光是由一份份的光子组成，光本身就有能量。光能也是可以算出来的，即，其中h是普朗克常量，大小是一定的。
光的频率一般是不会变的。就像人的声音一样，音量可能会变化，但是音色一般不会变化，所以你的手机、电脑才能识别出哪个才是它可爱的主人的声音。
所以，光的波长、速度就是千变万化了。那这些变化到底遵循什么规则呢？
当光从一种材料入射到另一种材料（后称“介质”）时，像透明的玻璃，波长、光速就会发生变化。如果这种介质相对于空气的折射率为n，光速就会变成：，相应的波长也变成:。
而且，光入射到介质表面时，也会发生诸如折射、反射等好玩的现象。感兴趣的可以做下激光照射到水面的实验（如下图，黑暗情况下效果更佳）。
2、厚积薄发——光通量
光，让你的眼睛无法闪躲却又不敢直视。可如何定义耀眼的光呢？
光通量，就是光源在单位时间内，向周围空间辐射出的使眼睛引起光感的能量。单位：流明（lm）。
以人眼光感最强烈的黄绿光作为标准，规定辐射功率为1W的波长为555nm的黄绿光，主观视觉量，也就是光通量，为683lm。
当其他波长的光的辐射功率也为1W时，他们的光通量都满足公式：。其中，为相应波长的光辐射功率；为相应波长的光谱光效率。
注意，上面的公式针对的光都是单色光，也就是只有一种波长的光。如果是复色光，需要把每种光的光通量累加。
3、一举三反——发光强度
当光受到了束缚，再也不是那个可以照向四面八方的光···
如果一个本可以向四面八方发光的灯泡被一个罩子罩了起来，它的发光区域就变成了一个锥形区域了。这时候，用发光强度来表征光更适合。
发光强度，就是光源在该方向单位立体角内发出的光通量，即光通量的空间密度。单位：坎德拉（cd）。
它的计算公式就是：，平均发光强度就是，分母就是立体角的大小。
4、闻一知十——照度
当桌上放了一张铺平的白纸，在近似平行光的日光下熠熠生辉。
这张纸被照亮了，可是它所接收的光通量该怎么计算呢？这里就要用到另一个物理量了，那就是——照度。单位：勒克斯（lx）。
与发光强度相似，照度就是单位面积所接收到的光通量。它的计算公式就是：，平均照度的计算公式：。
5、厚积薄发——光亮度
意识是客观存在的主观映像。
前面所解释的物理量都是关于客观（被光照射到的物体）的。而对于主观（光源本身），到底怎么有什么样的性能，也很重要！
一张同样大小的纸，一张黑色，一张白色。用完全一样的光源照，为什么白色的会显得更亮？
因为当纸反射光是，它也可以被看作光源。它反射的光进入人眼，使人产生不同的光感。这里就要用到一个新的物理量来解释了，它就是——亮度。。
亮度就是：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度。单位：cd/m²。注意，它是一个复合单位了。
最后，你们发现了吗？光通量，光强度，光照度以及光亮度，互相之间是存在一定关系的。它们的关系总结为下图。
6、潜移默化——幻化成热
有阳光的地方就十分温暖。
太阳能热水器，太阳能灶等都应用了光能转化热能的性质。根据能量守恒定律，光能的一部分就会通过各种方式转化成其他能量形式，为人类所用。可是，为什么是光能的一部分，而非全部？
这个解释起来就太复杂了，决定转换效率高低的因素太多太多，具体例子也要具体分析。
可是，想必大家常有这样的感受——红色的光更容易让人感觉“热乎乎”，蓝紫色的光却让人感觉那么“冷冰冰”，这是为什么？
那是因为红色的光更容易被物体吸收，而蓝紫色的光却很难被吸收。所以，虽然紫光能量比红光大（紫光频率大），人们也很难在紫光照射下感觉到热。
7、挥洒自如——创世之光
神说，要有光，于是就有了光。
神看光是好的，就把光分成了可见光、紫外线、红外线、无线电波、微波、X射线、γ射线。
神看光顽皮，规定他们都要有波粒二象性，光子根据波长不同携带不同的能量；进入不同介质时要发生反射和折射，并且速度变化要服从折射定律；根据空间密度有不同的强度，通过平面要表现出不同的照度，从光源发出时携带了不同的亮度。
来源：中科院半导体所
编辑：可乐不加冰
发表于 2018-5-14 02:17
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