物理光学4论述.ppt

1. 入射光波是圆频率为ω的平面波 §1.1 光的波动性质*§1.2 光波的函数表述 *§1.3 光的偏振态 §1.4 实际光波与理想光波*§1.5 光在介质界面的反射与折射 §1.2 光波的函数表述 本节重点 1.2.1 Maxwell电磁波动方程 光是特定波段的电磁波 1.2.1 Maxwell电磁波动方程 物质方程 　 描述介质特性对电磁场量影响的方程． 　　光波在各种介质中的传播过程实际上就是光与介质相互作用的过程。因此，在运用麦克斯韦方程组处理光的传播特性时，必须考虑介质的属性，以及介质对电磁场量的影响。 1.2.1 Maxwell电磁波动方程 联立Ｍaxwell方程的３、４两式可解得： 　 　　　　　　　　　　　　　　——　电磁场波动方程 其中： 　　　　　　　　　　　电磁波的传播速度。 1.2.1 Maxwell电磁波动方程 真空中光速 介质中光速 介质折射率 对光学波段，近似有　　　　　，故 　　　　　　折射率是随光波的频率改变的． 1.2.1 Maxwell电磁波动方程 可以证明，电磁场波动方程有特解： 和 光波的电磁特性： 　 　１． 　 　２． 　 　３． 　 　４． 　 　５． 　 　６． 1.矢量波函数与标量波函数 在定态波函数中: 　　　决定于坐标系的选取; 　　　决定于波面的传播方向; 　　　在垂直于 的平面内. 　　仅对线偏振光、或光矢量的直角分量，可以用标量波函数表述： 2. 定态光波的复振幅 　　⑴光波函数的复数表示 　　 　　 　　 　可直接简写为： 　空间相位因子　　　　　，时间相位因子 ⑵光波的复振幅 　　　复振幅——光波场的空间分布 定态波函数的时、空周期性 周期性——场强的定时间间隔和定空间距离的重复再现。 光波函数表征光波场的电场和磁场（振动）状态，是空间和时间的周期性函数。 周期性函数体现在？ 时间、空间双重周期性体现在？ ⑴ 一维谐波波函数及其周期性 在 中 若 则 　　　　　①空间各点的初位相 　　　　　②空间一点的光场时间变化图 ③同一时刻空间各点的光场分布图 ⑵三维谐波的空间周期 　 　①平面波的波面 由 　　　　一维平面波的波面 　在 时,是 的空间点集, 　即:垂直于Z轴的平面. 　　　　 　　　　三维平面波的波面是 　　　　即: 　　　　是垂直于　　的平面． 波矢与空间频率 波矢——特定方向、特定大小。 1. 波矢的方向是波面的法线方向。 2. 波矢的大小是波面法线方向的空间圆频率。也是空间圆频率的最大值。 空间频率——任意方向、不同大小。 1. 位相相差为2π的两个波面之间的几何距离。 2. 位相相差为2π的两个波面上任意两点之间的几何距离就是这两点连线方向的空间频率的大小。 3. 空间频率的矢量特性是指其大小随方向不同而不同的特性。 4. 确定的空间频率矢量就是确定方向的空间重复频率。 ②三维平面波的空间周期特性　 　空间周期：位相差为２π的两个相邻等相位面之间的空间距离． 　　沿波矢　　方向，由 　　 得　　　　　　　　 　　沿三个坐标轴方向， 　　　由 　　　得 沿空间任意与　夹角为　的方向b的空间周期： 　　由 　　得 １.波前函数 　 广义波前：光波场内任意考察面（平面、曲面）。　　　 　　波前函数：光波场内任意考察面（平面、曲面）上的复振幅分布函数。 　　它可以通过把确定该考察面的空间约束条件代入光波场的三维复振幅分布函数的普遍表达式而得到。 　　例：传播方向平行于xoz平面，且与z轴夹角为θ的平面波在z=0平面上的波前函数． 　　①依题意写出复振幅分布函数（关键是写　　　） 　　②将z=0代入复振幅分布函数 注意:波前函数是任意空间面上的复振幅，但不是复振幅在这个面上的投影． 　　 复振幅分量与波前函数的区别在于：波前函数与复振幅函数的振幅相同，但相位不同． ２.相位共轭波前