13.7 光学的三个领域

来源： 课堂笔记 §6.3

属于哪个领域，取决于缝/结构尺寸 $d$ 与波长 $\lambda$ 的比值：

领域	条件	光子	每光子能量
几何光学（射线光学）	$d\gg \lambda$	多	小
波动光学	$d\approx \lambda$	多	小
量子光学	任意	少	高

✎ 为何偏偏由 $d$ 对 $\lambda$ 决定？ 只有当波能「感觉到」结构时，衍射/干涉才显现。开口比 $\lambda$ 大得多（$d\gg \lambda$）时，波几乎直行——表现得像一条射线（几何光学）。只有结构与 $\lambda$ 同量级（$d\approx \lambda$）时，绕边才变得明显 → 波动光学。正因如此，要让光发生衍射需要极细的光栅（$d\sim {10}^{-5}$–${10}^{-6}$ m），因为 ${\lambda }_{\text{光}}$ 极小（§13.5）。

图：几何光学——当 $d\gg \lambda$（如较宽的开口）时，光线沿直线传播。

✎ 几何光学里把光当作射线（透镜、镜子）；波动光学里出现干涉/衍射（结构尺寸约为 $\lambda$）；量子光学里单个光子才是关键（见主题 9）。