1甲型光学第一章光的波动模型.ppt
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1、第一章 光的波动模型,定态光波及其数学描述 平面波和球面波 波的复振幅表达式 光程与相位 傍轴条件与远场条件,波动光学的建立,1678年,Huygens提出光的波动学说。 1801年,TYoung在光通过双孔的实验中,首次观察到了光的干涉现象。 1808年,Malus观察到了光的偏振现象,说明光是横波。 1865年,Maxwell提出电磁波理论,断言光是电磁波。 1887年,Hertz证实光是电磁波。 光的电磁波模型,可见光,无线电波,红外光,紫外光,x射线,射线,短波,长波,电视、调频波,标准广播,波长,频率,光子能量,光波长的范围,紫外光 可见光 红外光 50nm-400nm-760nm-
2、100m 对红外光1m-10m-100m 近红外 中红外 远红外 对紫外光(UV),其波长较短的部分由于只能在真空中传播,被称为真空紫外光(VUV),1.1 光波场,光是交变电磁波 波长500nm,频率1014Hz 从传播的角度看,是波动,是振动的传播 用速度、方向、振幅等参数描述 从物理量分布的角度看,是空间场 用电场强度、磁场强度等物理量描述 时间、空间是描述波的重要参量,波的周期性,时间周期性:波场中任一点的物理量,随时间做周期变化,具有时间上的周期性 T:时间周期;1/T:时间频率,单位时间内变化(振动)的次数,空间周期性:某一时刻,波场物理量的分布,随空间作周期性变化,具有空间上的周
3、期性 波长:空间周期; :空间频率,单位距离内的变化次数,波数 波场具有空间、时间两重周期性,简谐波的数学描述,最简单的是简谐波,其振动可以用三角函数表示,在一维情况下,为,表示沿X方向传播的余弦波,振动取决于相位,所以振动的传播就是相位的传播。,2时间内的频率,圆频率(角频率),2长度内的波数,角波数(圆波数),波矢,波的相位,与时间和空间相关,光波是电磁波(矢量波),电场分量、磁场分量、波的传播方向即波矢等物理量,都是矢量。,传播方向的单位矢量,电场分量的振幅、磁场分量的振幅、波长、频率等物理量是标量,波矢,光速,真空中的光速,折射率,对于透光的介质,故,光通量与光强,光波传播能量 光通量
4、:单位时间内,通过某一截面的能量,或通过某一截面的光功率;也称能流 光强:单位面积上光通量的平均值,就是平均能流密度,能流密度,就是坡印廷矢量,如光波做简谐振动,E0为简谐振动的振幅,则光强,即,在同一种均匀介质中,通常取,坡印廷矢量表示的是能流密度的瞬时值,这一数值以光的频率作周期性变化,光强是指能流密度的平均值。,光的传播,光的传播,是振动的传播,就是将光波场中物理量(电场强度、磁场强度)从空间的一点传播到另一点,波场的量值由相位决定 物理量的传播其实就是相位的传播,在传播的过程中,相位保持不变。,1.2 定态光波,1定态光波 具有下述性质的波场为定态波场 (1)空间各点的扰动是同频率的简
5、谐振动。 (2)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。,满足上述要求的光波应当充满全空间,是无限长的单色波列。但当波列的持续时间比其扰动周期长得多时,可将其当作无限长波列处理。 任何复杂的非单色波都可以分解为一系列单色波的叠加。 定态光波不一定是简谐波,其空间各点的振幅可以不同。,2定态光波的描述,电磁波都是矢量波,应该用矢量表达式描述。但对符合上述条件的定态光波,通常用标量表达式描述。,其实是在一个取定的平面内描述定态光波的振动,振幅的空间分布,位相的空间分布,均与时间t无关,定态光波(光场)的标量表达式,3定态光波按波面分类,波面:波场空间中相位相同的曲面构成光波
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- 光学 第一章 波动 模型
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