光（Light）作为跨越光学工程与电子信息领域的核心载体，是能量传递与信息传输的关键媒介。从基础照明、高精度成像，到光纤通信、激光精密制造及前沿量子技术，光的应用已深植于现代科技命脉。从物理本质而言，光是一种电磁辐射，表现出显著的波粒二象性。在实际应用与理论研究中，其特性可通过三大核心模型进行诠释：光线模型解析宏观传播路径，光波模型揭示微观干涉与衍射规律，而光子模型则定义了其量子化的能量本质。本文将从三大模型展开详细介绍。

光子模型
光子模型聚焦光的粒子性，其基本能量单元称为光子。

（图像来源：https://www.robotlab.com/hs-fs/hubfs/Wavelet.gif）

光子无静止质量，携带能量与动量，其能量公式为$$E=h\nu=\frac{hc}{\lambda}$$ 式中：h为普朗克常数，ν为频率，c为光速，λ为波长。其能量与频率成正比，与波长成反比（见图3）。

（图像来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Spectrum#/media/File:EM_Spectrum_Properties_edit.svg）

在真空中，光速恒定为$3\times10^8 m/s$。该特性定义了光与物质的能量交换过程（如光电效应，见图4）。入射光子携带的能量撞击材料中的电子时，会把自身能量传递给电子。当能量足够克服原子束缚时，电子就会逸出形成光电子，这就是光电效应的核心过程。

（图像来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Photoelectric_effect#/media/File:Photoelectric_effect_in_a_solid_-_diagram.svg）

在弱光环境下（即单位时间内到达传感器的光子较少时），光子散粒噪声（见图5）对图像的影响较为显著。

（图像来源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photon-noise.jpg）

光波模型
光波模型聚焦光的波动性，将光视为以横波形式传播的电磁波。光在传播中无需介质，表现为电场与磁场矢量的周期性交替变化。 其核心波动特征表现为干涉（如双缝干涉条纹）、衍射（光绕过障碍物传播）、偏振（光的振动方向具有方向性）等现象，不仅揭示了波的相位叠加与绕射物理本质，更明确了频率与波长的关系：$$c=\lambda*\nu$$ 式中：c为光速，$\lambda$为波长，$\nu$为频率。频率$\nu$与波长$\lambda$为倒数关系，体现了光在时域（频率）与空域（波长）之间的约束。