光波場的描述

1、光波場的描述第1頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一波動的特征波，振動的傳播。振動在空間的傳播形成物理量在空間的分布，形成波場。 波動的最基本特征是具有周期性。第2頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一光波場具有時間和空間兩重周期性 波場中任一點：具有振動的周期性，即時間周期性，用振動的周期T描述。 第3頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一任一時刻：波場具有空間分布的周期性，即物理量在空間作周期分布，用波長描述。 第4頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一一.一維平面簡諧波單色平面波振幅與傳播方向均不變 波函數(shù)：沿 z

2、 軸正向傳播的一維平面波相位-隨k, z變化相位增大稱為滯后 相位減小稱為超前可用2-1 簡諧波的數(shù)學描述第5頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一等相面(波面)：波場中相位相同點的集合 波面推移速度 相速(波速)= 定值第6頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一 時空周期性波的時間周期性波的空間周期性周期空間周期 頻率 空間頻率 角頻率 空間角頻率時空量聯(lián)系空間周期時間周期第7頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一光波場的復振幅描述 由于可以用復指數(shù)的實部或虛部表示余弦或正弦函數(shù)，所以可以用復數(shù)來描述光波的振動。指數(shù)取正號第8頁，共23頁

3、，2022年，5月20日，4點10分，星期一定態(tài)光波的頻率都是相等的，可以不寫在表達式中。定態(tài)部分，即與時間無關(guān)部分為 復振幅包含了振幅和位相，直接表示了定態(tài)光波在空間P點的振動，或者說復振幅表示了波在空間的分布情況。所以，凡是需要用振動描述的地方，都可以用復振幅代表。 光波場在r點的強度 第9頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一波矢(波矢量)：方向指向波的傳播方向傳播(常)數(shù)等相面：二. 三維平面簡諧波第10頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一三維平面簡諧波波函數(shù)第11頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一空間周期空間頻率空間角頻率三

4、 維第12頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一矢量表示空間頻率矢量空間角頻率矢量基本關(guān)系：盡管各方向的空間頻率不同沿波的傳播方向波場的空間周期恒為 ?？臻g頻率恒為 。結(jié)論：一組空間頻率對應于沿一定方向傳播的一列單色平面波。第13頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一波函數(shù)用空間頻率表示考察方向與波傳播方向夾角第14頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一解：例2.1 真空中一波長為 ,振幅為 E0 平面波，其波矢方向在 x-z 平面內(nèi)，且與z 軸夾角為 。求波函數(shù)表達式及 xyz 方向的空間頻率和空間周期。第15頁，共23頁，2022年，5

5、月20日，4點10分，星期一沿Z軸正方向傳播的平面波沿Z軸負方向傳播的平面波第16頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一三. 球面波 發(fā)散球面波方向沿徑向背離球心S假設(shè)離球心（光源）單位距離處的光強為 ，P點處光強 ，球面面積為能量守恒：第17頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一平面波-球面波當 且所考察面積趨于零時的情形考察場點與光源距離遠大于光源線度球面波場考察波場區(qū)域遠遠小于r，考察區(qū)域為平面波場第18頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一 會聚球面波方向指向球心的球面波第19頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一

6、2.5 光的偏振態(tài)每一分子（原子）發(fā)光是隨機的、無規(guī)律的。振動面取各方向的幾率相等，各波列間無相位關(guān)系。自然光等效看作兩個相互垂直的光振動。兩個光振動具有相等的振幅（強度），兩個光振動無固定相位關(guān)系。xyz“”：平行振動分量（ p 分量）“ ”：垂直振動分量（ s 分量）1、自然光：第20頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一2、部分偏振光：光矢量在某一方向的振動強于垂直于該方向的振動。3、線偏振光（平面偏振光、完全偏振光）：光矢量的振動方向始終在一個平面內(nèi)。第21頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一4、圓偏振光和橢圓偏振光：若光矢量 E 隨時間勻速旋轉(zhuǎn)，其端點在垂直于傳播方向的平面上的軌跡為圓，則稱為圓偏振光；如果軌跡為橢圓，則稱為橢圓偏振光。右旋圓（橢圓）偏振光左旋圓（橢圓）偏振光第22頁，共23頁，2022年，5月20日，4點10分，星期一右 旋左 旋圓（橢圓）偏振光可看成兩個同頻率、振動方向相互垂直、有固定相位差的線偏振光的合成。 圓偏振和自然光、橢圓偏振光和部分偏振光的區(qū)別在于：圓偏振光和橢圓偏振光相