光波场的描述

1、光波场的描述第1页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一波动的特征波，振动的传播。振动在空间的传播形成物理量在空间的分布，形成波场。 波动的最基本特征是具有周期性。第2页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一光波场具有时间和空间两重周期性 波场中任一点：具有振动的周期性，即时间周期性，用振动的周期T描述。 第3页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一任一时刻：波场具有空间分布的周期性，即物理量在空间作周期分布，用波长描述。 第4页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一一.一维平面简谐波单色平面波振幅与传播方向均不变 波函数：沿 z

2、 轴正向传播的一维平面波相位-随k, z变化相位增大称为滞后 相位减小称为超前可用2-1 简谐波的数学描述第5页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一等相面(波面)：波场中相位相同点的集合 波面推移速度 相速(波速)= 定值第6页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一 时空周期性波的时间周期性波的空间周期性周期空间周期 频率 空间频率 角频率 空间角频率时空量联系空间周期时间周期第7页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一光波场的复振幅描述 由于可以用复指数的实部或虚部表示余弦或正弦函数，所以可以用复数来描述光波的振动。指数取正号第8页，共23页

3、，2022年，5月20日，4点10分，星期一定态光波的频率都是相等的，可以不写在表达式中。定态部分，即与时间无关部分为 复振幅包含了振幅和位相，直接表示了定态光波在空间P点的振动，或者说复振幅表示了波在空间的分布情况。所以，凡是需要用振动描述的地方，都可以用复振幅代表。 光波场在r点的强度 第9页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一波矢(波矢量)：方向指向波的传播方向传播(常)数等相面：二. 三维平面简谐波第10页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一三维平面简谐波波函数第11页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一空间周期空间频率空间角频率三

4、 维第12页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一矢量表示空间频率矢量空间角频率矢量基本关系：尽管各方向的空间频率不同沿波的传播方向波场的空间周期恒为 。空间频率恒为 。结论：一组空间频率对应于沿一定方向传播的一列单色平面波。第13页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一波函数用空间频率表示考察方向与波传播方向夹角第14页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一解：例2.1 真空中一波长为 ,振幅为 E0 平面波，其波矢方向在 x-z 平面内，且与z 轴夹角为 。求波函数表达式及 xyz 方向的空间频率和空间周期。第15页，共23页，2022年，5

5、月20日，4点10分，星期一沿Z轴正方向传播的平面波沿Z轴负方向传播的平面波第16页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一三. 球面波 发散球面波方向沿径向背离球心S假设离球心（光源）单位距离处的光强为 ，P点处光强 ，球面面积为能量守恒：第17页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一平面波-球面波当 且所考察面积趋于零时的情形考察场点与光源距离远大于光源线度球面波场考察波场区域远远小于r，考察区域为平面波场第18页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一 会聚球面波方向指向球心的球面波第19页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一

6、2.5 光的偏振态每一分子（原子）发光是随机的、无规律的。振动面取各方向的几率相等，各波列间无相位关系。自然光等效看作两个相互垂直的光振动。两个光振动具有相等的振幅（强度），两个光振动无固定相位关系。xyz“”：平行振动分量（ p 分量）“ ”：垂直振动分量（ s 分量）1、自然光：第20页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一2、部分偏振光：光矢量在某一方向的振动强于垂直于该方向的振动。3、线偏振光（平面偏振光、完全偏振光）：光矢量的振动方向始终在一个平面内。第21页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一4、圆偏振光和椭圆偏振光：若光矢量 E 随时间匀速旋转，其端点在垂直于传播方向的平面上的轨迹为圆，则称为圆偏振光；如果轨迹为椭圆，则称为椭圆偏振光。右旋圆（椭圆）偏振光左旋圆（椭圆）偏振光第22页，共23页，2022年，5月20日，4点10分，星期一右 旋左 旋圆（椭圆）偏振光可看成两个同频率、振动方向相互垂直、有固定相位差的线偏振光的合成。 圆偏振和自然光、椭圆偏振光和部分偏振光的区别在于：圆偏振光和椭圆偏振光相