第1章 波动光学基础 1-4 实际光波与理想光波 物理光学课件.pptVIP

§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 1.4.1实际光波的分解与分析 1.4.3 球面波与平面波之间的转化关系 在此前的研究中,集中研究球面波和平面波的理由在于: 球面波,或来自实际点源, 或来自波前上的次波源. 经典波动光学以球面波为基元研究波的干涉和衍射. 平面波是现代光学中的基元, 任意复杂波前都可以通过傅立叶分析方法分解为一系列平面波的叠加. 平面波经透镜可以转化为球面波; 球面波在一定远距离之外可以具有平面波的特点. 一、球面波向平面波的转化: 1、旁轴条件/振幅条件 ---- 　　若点光源在坐标原点，则xoy平面内的波前函数为： 其中： 若 则 ∴ 这个波函数的特点是： ①振幅是常数，具有平面波特点； ②相位因子是二次因子，不是线性因子。 所以　　　　 被称为球面波向平面波转化的振幅条件。 相位因子可忽略的小量应当是远小于π 即: 当 时, 可以认为 ∴ 在球面波的波前函数中 若 　 → 　 则相位因子 注意: 此时振幅系数中的二次项无法忽略 即: 条件下的波前函数: 其特点是: ①相位因子是z的一次函数，在xoy平面内为常数，具有平面波的特点； ②振幅是坐标（x,y）的函数，不同于平面波。 所以　　　 被称为球面波向平面波转化的相位条件。 　　显然，只有当振幅条件 和相位条件 同时得到满足时，波前函数才成为平面波前函数 球面波才转化为平面波。 　∵上述两个条件都对 “源－场” 间距 z 提出了要求， 　 ∴在实际处理问题时，可以通过比较两个条件需要的 z 哪个更远，从而得到同时满足两个条件的 z。 　　 可以证明，在光波段，总有　　　　，如果把满足球面波向平面波转化振幅条件和相位条件的“源－场”间距分别用 zf 和z p 表示，将总有　　　　 。 即：远场距离远大于旁轴距离，当远场／相位条件得到满足时，旁轴／振幅条件自然得到满足，球面波将完全转化为平面波。 　　 点源在轴外是更一般的情形. 设: 点源位于 场点为 展开传播距离 轴外点源不同条件下波前函数的特性分析: ⑴ 若 , 且 (源点、场点均满足振幅条件) 则 xoy平面上的波前函数为 　　 显然，仅振幅近似为常数，相位因子是源点的二次相因子、也是场点的二次相因子，不是平面波。 ⑵ 若 , 但是 ( 源点满足相位条件、场点满足振幅条件) , 则: 　　振幅已经近似为常数，源相位因子也已经是一次相位，但是场相位因子是二次。这可以理解为：源面倾斜发射平面波，而xoy场面上得到的波前是非平面波． ⑶若 , 但是　 (源点满足振幅条件、 场点满足相位条件), 则: 　　振幅已经近似为常数，源相位因子是二次相因子，场相位因子是一次相位因子。这可以理解为：源面发射非平面波，而xoy场面上得到的波前是平面波。 1. 在图示系统中，点源位于 , 场点为 , 如果 ，同时　　　 ，求出xoy平面上的波前函数，并分析此波前函数对应的波前形貌。 1 波动光学基础 第1章 波动光学基础 1. 实际光波的分解与分析 2. 波在时、空域中的反比关系 §1.4 实际光波与理想光波 1 波动光学基础 3.球面波与平面波之间的转化关系 1 波动光学基础 任意实际光波都