光学中，为什么光强与光振幅的平方成正比，为什么是振幅的平方，而不是振幅，有什么推导依据么？
2024-11-19 阅读 10
更新于 2024年11月21日
现在的教材、资料和教学，真是不堪入目。从高中就进入了一个死胡同，该学的没学到，不该学的天天刷题。光学是将来科技发展一个非常重要的手段【顾敏】，光学的原理与电磁学有区别吗？电磁学原理真懂了还怕光学？问题中的逻辑基础是：电磁波是电场与磁场的振荡、功率或能量是振荡函数的乘积，是单一物理量的平方，比如电功率是电压与电流的乘积，可归结到单一的电流或电压的平方，是电压或电流振幅的平方。同样，光（也是电磁波）也是电场与磁场的振荡，光强度是单位立体角的光通量，光通量对应光的能量（功率），光强度中所谓的振幅是单个物理量函数的振幅。仅此而已
因为通过电磁场中带电粒子受力公式F=q(E+v×B)，经矢量分析得到了电磁场能量密度正比于E^2+c^2·B^2，能流正比于E×B，同时辐射场中E和B有确定的关系，模长成正比，所以能流大小正比于E^2（也正比于折射率），而光强就是电磁辐射场传播的能量，取光在一个周期内能流的平均值，仍然与E^2成正比，光振幅取的是电矢量E，所以光强与光振幅平方成正比。振幅叠加原理是波动方程的性质，也就是波的性质。
从波动光学的角度来咯，光是一种电磁波，满足麦克斯韦方程组。
所以你可以学习一下电磁学或者电动力学，里面会讲电磁场的能流密度，也就是Poynting vector。。
对光来说，有实际意义的是光振幅，不是光强。无论是人眼还是传感器，光之所以会被看到或者被观察到，是电场分量和磁分量与物质作用的结果，而不是光强。光强是为了方便而人为抽象的概念，而电场强度（也就是你所说的光振幅）是客观概念。
就像是我们每天之所以有维持生命活动的能量，不是因为吃了馒头，米饭或者其他，而是因为我们吃了馒头米饭中的营养物质。真正起作用的不是馒头米饭，而是馒头米饭中的营养物质。光强好比馒头米饭，光振幅（电场强度磁场强度）就是营养物质。
人们之所以用光强，是因为光强是平方，平方是正数，那么就可以方便比较，而振幅有正有负，而光与物质作用的强度与光振幅的绝对值有关，绝对值麻烦，而平方可以弥补这个缺点。而且平方可以是两个共轭复数的乘积，光传播用复数表示有很多方便。等等等原因。
可以看看物理光学的书，里面会提到的。推荐一本 西安电子科技大学 石顺祥先生的 《物理光学与应用光学》。
以上是个人浅陋理解，似乎所答非所问，哈哈哈哈。
