高二物理競賽光波的傳播與透鏡的相位變換課件

光學(xué)

1、球面波的復(fù)振幅及其傍軸近似

發(fā)散球面波會聚球面波x0,y0,z0第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

x0,y0,z0(x,y,z)(x,y,z)球面波在某個特定平面上產(chǎn)生的復(fù)振幅分布的數(shù)學(xué)描述：

若

即滿足傍軸條件，得

1、球面波的復(fù)振幅及其傍軸近似

第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

發(fā)散球面波在xy平面上產(chǎn)生的復(fù)振幅分布

會聚球面波在xy平面上產(chǎn)生的復(fù)振幅分布

稱球面波二次位相因子1、球面波的復(fù)振幅及其傍軸近似

第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

1、球面波的復(fù)振幅及其傍軸近似

菲涅耳——基爾霍夫衍射積分的近似：已知某平面上光的復(fù)振幅為U0，傳播一段距離后，在與之平行的平面上復(fù)振幅分布為：第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

2、平面波的復(fù)振幅

XYZ(x,y,z)單色平面波在光場中P點(diǎn)處產(chǎn)生的復(fù)振幅可以表示為

在實(shí)際問題中，一般考察某個平面，例如xy平面上的分布，這樣上式寫成如下的形式第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

PkPr3、平面波的空間頻率

光的空間頻率對于波矢量位于xz平面內(nèi)的簡單情況

ozxXa0x第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

4、復(fù)振幅分布的空間頻譜

意義：在x,y平面上的光的復(fù)振幅分布，可以分解為不同傳播方向（fx，fy），不同振幅U（fx，fy

）的平面波。稱作復(fù)振幅分布的頻譜第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

6、薄透鏡復(fù)振幅透射率

透鏡可以看作是一個透明物體，它對光的作用可以看成是對入射到不同位置上的光線施加了一個位相延遲。

Xx設(shè)入射光的復(fù)振幅為：則出射光復(fù)振幅為：第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

6、薄透鏡復(fù)振幅透射率d0dXxR1R2

入射到透鏡中心處的光線出射后相位延遲為：

入射到x處的光線出射后相位延遲為：第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

6、薄透鏡復(fù)振幅透射率d0dXxR1R2通過幾何關(guān)系，可以證明：所以：第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

6、薄透鏡復(fù)振幅透射率最后可以把透鏡的復(fù)振幅透射率寫成：已知入射到透鏡前表面的光復(fù)振幅為：從透鏡后表面出射的光復(fù)振幅為：若入射的光為平行光，出射的光是什么？第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

7、薄透鏡的傅里葉變換功能①復(fù)振幅從前焦面到透鏡的傳播ffu,vx,y,

U0U1U2Uf

設(shè)在前焦平面上有一透射率為f（u，v）的透明物體，用振幅為A的單色平行光照明系統(tǒng)，則從物體出射的光復(fù)振幅為：第一節(jié)光波的傳播與透鏡的相位變換

②透鏡的位相變換

③從透鏡到后焦面7、