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文档简介
第二章波动光学基本原理,1定态光波及其复振幅描述,1、波动及其时空双重周期性,波动定义:振动在空间的传播形成波动。,构成波动的三个条件(波动的基本特征):,时间周期性,空间周期性,伴随着能量的传输,(波场中每点的物理状态随时间作周期性的变化,而在每一瞬时波场中各点物理状态的空间分布也呈现一定的周期性),2、标量波与矢量波,标量波:波场中物理状态的扰动可用标量场描述的,如密度波,温度波,矢量波:波场中物理状态的扰动需用矢量场描述的,如电磁波,,3、定态光波,1)定态光波定义:,空间各点的扰动均为同频率的简谐振动(频率与振源相同),,波场中各点扰动的振幅不随时间变化,在空间形成一个稳定的振幅分布。,2)定态光波表示式:,3)单色波列是无限长的。,4)在傍轴条件下,可以把矢量波看成标量波。,4、定态光波波函数中各个物理量的含义,1)电场矢量的瞬时值。,2)是电场的振幅矢量。,3)是初相位,与时间无关。,4)是简谐振动的频率。,5、波函数中初相位的具体形式,已知Q点振动的表达式:,则P点振动表达式是:,定义波矢:,真空中的波矢:,其中:,单位矢量或的方向为波的传播方向,6、球面波的波函数的具体表达式,1)发散球面波,其中:,2)会聚球面波:,其中:,3)初相位的特点:,(球面波面),4)振幅特点:,证明:,由能量守恒定律:,设:,7、平面波的具体表达式,1)选坐标原点为计算起点,设:,且,X,O,Z,2)初相位的特点,3)振幅特点:,(平面波面),8、相位的物理意义,1)相位表示一个振动的状态(振动方向,大小,变化趋势),2)可以比较两个振动的超前和落后(谁先振动谁就超前),3)通过比较初相位确定两个振动的超前与落后,4)初相位越小振动越超前,初相位越大振动越落后。,9、光程的表示式及其物理意义,1)光程的表达式:,2)球面波的光程表达式:,3)平面波的光程表达式:,X,O,Z,10、定态光波的复振幅描述,1)定态光波的复振幅,将简谐式对应成复指数形式,称为定态光波的复振幅,2)引入定态光波复振幅的意义:为了运算的方便,3)注意:,(1)两种关系式只是对应关系,不是相等关系,(2)复振幅只用于运算,(3)对应成相应的简谐式后再讨论物理意义,11、平面波和球面波的复振幅表达式,1)球面波的复振幅表达式,2)特点:,振幅和相位因子均为坐标的二次函数,3)平面波的复振幅表达式,4)特点:,振幅是常数,相位因子是坐标的线性函数,5)复振幅与波形具有一一对应的关系,已知波形可以写出其复振幅表达式,,给出复振幅表达式能够画出具体波形,12、光强度的复振幅表示式,由:,且:,2波前,2.1波前的含义,泛指波场中任一曲面,更多地指一个平面,2.2平面波前上的平面波和球面波的复振幅分布,解:,首先分析在平面上的复振幅分布。,具体求解为:,2)写出上题中平面波的共轭波在波前平面上的复振幅分布
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