正负号在光学中的物理含义的研究

2019-09-04马荣荣赵承祥孟欣杨虎

科技创新与应用 2019年23期

关键词：光学

马荣荣赵承祥孟欣杨虎

摘要：数学作为物理学的语言，具有表述的单一性和抽象性。以光学基本规律和现象为基础，通过归纳演绎的手段，从性质符号、量质符号和空域符号三个方面，阐述了正负号在光学中具有的揭示物理含义的广延性，提出了限定情景下正负号所体现出的性质、量质和区域性态，所获结论对基础光学教学内容的现代化建设具有参考价值。

关键词：正负号;光学;物理含义

中图分类号：O438 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）23-0059-03

Abstract： Mathematics is simple and abstract as a language of physics. The physical meaning of the plus and minus in optics is expounded from the nature symbol， quality symbol and airspace symbol， according to the optical phenomena and optical law. The nature， quality and airspace of the plus and minus in optics are proposed in the limited conditions. The results provide guidance for the modernization of optical teaching contents.

Keywords： plus and minus; optics; physical meaning

正负号作为物理学的语言，具有表述的单一性和抽象性，其以严密的逻辑结构，构成了学科框架的科学图式。不少文献[1-3]对正负号在物理学中的作用进行了探究，然而对正负号隐含的物理意义、展现的物理规律及其揭示的物理含义等缺乏较全面的论述。本文以光学基本规律和现象为基础，通过归纳演绎的手段，从性质符号、量质符号和空域符号三个方面，阐述了正负号在光学中具有的揭示物理含义的广延性，提出了限定情景下正负号所体现出的性质、量质和区域性态[4-6]，所获结论对基础光学教学内容的现代化建设具有参考价值。

1 性质符号

正负号作为性质符号用于表征物理量质的矛盾性，其在光学中的应用有下面几个方面。

1.1 干涉条纹分布的反序性

等倾干涉是单色面光源通过透明平行平面介质薄膜反射而获得的双光干涉。因为薄膜上下两表面反射的物理性质可能不同，所以等倾干涉的光程差除了有传播引起的部分，还有可能存在额外光程差■，因此等倾干涉的光程差为[7]：

上式中出现的负号反映的物理意义就是干涉级数的反序，即i'=0时，干涉级j取最大值，随着入射角i的增大，折射角i'增大，j逐渐减小，干涉级数j的变化和折射角i'的变化趋势相反，干涉条纹呈现了内疏外密的特征。

1.2 偏振光的旋转性

椭圆偏振光具有旋转特性，其旋转方向可用正负号来体现。

波晶片可使通过它的垂直入射的线偏振光，转变为传播方向相同，传播速度相同、振动方向相互垂直、位相差恒定的o、e两列光，而这两列光叠加后具有椭圆偏振光的效果。设波片光轴沿y轴方向，如图1所示。在波晶片后表面出的两列光波分别为：

根据位相差？驻？准的正负可判断其旋转性。当？驻？准>0时，迎着光传方向观察，的末端在垂直于的固定平面上沿顺时针变化，为右旋光;当？驻？准<0时，为左旋光[8]。类似地也可用？驻？准的正负来判断圆偏振光的旋转性。

1.3 色散的正反常性

正负号所反映的正反常性可通过色散率？自来体现，色散率的定义式为？自=。相对于波长区域而言，<0为正常色散，与一般吸收相对应，>0为反常色散，伴随着强烈的选择吸收，正负号体现了光波色散的反常性。

1.4 干涉、衍射条纹分布的对称性