光學(xué)與原子物理2016秋

1、上節(jié)小節(jié)光波的基本性質(zhì)真空中頻率由光源決定,與介質(zhì)無關(guān). 光譜光強(qiáng) 是電磁波能流密度. 譜密度 之間光強(qiáng)).光譜： 按波長分布(連續(xù)譜,線譜線寬度越小,光的單色性狀譜).越好.單色光波及其描述概述：單色光波是麥克斯韋方程的解.單色光波可以分為平面單色光波和球面單色光波.任何形式光波都可以分解為單色光波的線性組合.單色光波也稱為定態(tài)光場.單色光波空間各點(diǎn) 以單一頻率作簡諧振動； 空間各點(diǎn)的振幅 不隨時間變化；形成一個穩(wěn)定的振幅空間分布. 初始的位相空間分布 與時間無關(guān).光波的波列在空間上無限延伸,光源發(fā)光時間無限長 (任何實(shí)際光源發(fā)光時間總是有限的.若波列的持續(xù)時間比擾動周期長得多,可近似為單色

2、光波) .平面單色光波和球面單色光波的物理描述平面單色光波性質(zhì)： 光波是橫波,兩個偏振度.(介質(zhì)中) (真空中) 同位相. 本節(jié)要點(diǎn)光波的基本性質(zhì) 光波的疊加 光矢量光矢量: 電場矢量 沿z軸方向傳播的光波波函數(shù) 光源z軸上任一點(diǎn)P(坐標(biāo)為z)光矢量振蕩狀態(tài)應(yīng)與時刻的 z=0處光矢量振蕩狀態(tài)相同, 因此式中 為初位相, 并利用波數(shù) 波矢 為傳播方向的單位方向矢量,以及波速 沿任意方向傳播的光波R波函數(shù)：設(shè) 表示傳播方向的單位方向矢量.式中 為P點(diǎn)位置矢量. 相位： 其中R為 在 方向上的投影.顯然, 波的相位相同的空間點(diǎn)都在垂直于 的平面上,故稱之為平面單色波.光矢量振動在某些情況下，可以看做

3、標(biāo)量的振動.球面單色光波源發(fā)出的光波在均勻的各向同性介質(zhì)中傳播形成球面單色光波.波函數(shù)為 說明：以光源為球心的球面上各點(diǎn)的位相相同, 故稱之為球面單色波.為常數(shù),它的大小等于r =1處振幅. 球面單色光波的振幅正比于 與能量守恒定律是自洽的.這三、單色光波的復(fù)振幅表示上式中實(shí)部正是光波波函數(shù).單色光標(biāo)量波函數(shù)復(fù)振幅為 平面單色光波為 復(fù)振幅為 上式中 單色球面光波為 復(fù)振幅為 四、光強(qiáng)的復(fù)振幅表示光強(qiáng)度 而 球面單色波傳播過程中能量守恒單位時間內(nèi)通過球面的總能量為五、光波的圖像描述 波前波面：等相面在均勻介質(zhì)中, 平面單色波波面為平面；球面單色波波面為球面.波線能量傳播的路線.在各向同性均勻介

4、質(zhì)中, 波面與波線正交.波前：走在最前面的等相面.指波場中某一曲面.相速度: 位相傳播速度. (可能大于真空中光速，即折射率小于1.)群速度: 波的包絡(luò)傳播的速度，代表能量的傳播速度. 例 計算由表示的平面波電矢量的振動方向、傳播方向、位相速度、振幅、頻率、波長.解振動方向：振幅：真空中波長：傳播方向：位相速度：頻率：2-3波的疊加一、波的獨(dú)立傳播和線性疊加原理波的獨(dú)立傳播原理：當(dāng)兩列波在空間交疊時,它們的傳播互不干擾.線性疊加原理(弱光情況下成立): 同方向光振動疊加：二、同頻率、同振向波的疊加代數(shù)方法兩列光波：合成光波：令因此，合成光矢量可以表示為上式表示合成光振動仍是相同頻率的單色波,但振幅和位相與組成它的成分不相同.考慮將以上兩式相加，可得將 和 兩式相除，可得 復(fù)振幅法每列光波為合成光波為上式同樣設(shè)兩式相除，可得 矢量圖解法每列光波描述與 繞O點(diǎn)以角速度順時針旋轉(zhuǎn), 與x軸的夾角為 與 并且在旋轉(zhuǎn)過程中 不變.兩矢量末端在x軸上投影正是 與