电磁理论2详解.ppt

第9章 光的电磁理论基础 一、光的吸收(Absorption) 朗伯定律 瑞利散射 米氏散射 非线性散射 关系换算 叠加原理 驻波 偏振椭圆 群速度和相速度 总结 平面波的表示方法及含义 折反射 光的吸收与散射 光波的叠加 入射波与反射波叠加后的合成波为 对于Z方向上的每一点，随时间的振动是频率为 的简谐振动，相应的振幅随Z而变 不同的Z值处有不同的振幅，但极大值和极小值的位置不随时间而变。 振幅最大值的位置称为波腹，其振幅等于两叠加光波的振幅之和，而振幅为零的位置称为波节。 波腹的位置由下式决定 波节的位置由下式决定 相邻波节（或波腹）之间的距离为 相邻波节和波腹间的距离为 波节、波腹的位置不随时间而变 4.4、两个频率相同、振动方向互相垂直的单色光波的叠加 合成光波偏振态的分析 光源S1和S2发出两个频率相同而振动方向互相垂直的单色光波，其振动方向分别平行于X轴和Y轴，并沿Z轴方向传播。考察在Z轴方向上任一点P处的叠加。 两光波在该处产生的光振动可写为（假定光振动的初相位为零） 根据叠加原理，P点处的合振动为： 合振动的大小和方向都是随时间变化的 消去参数t，得合振动矢量末端运动轨迹方程为 其中 这是一个椭圆方程式，表示在垂直于光传播方向平面上，合振动矢量末端的运动轨迹为一椭圆，且该椭圆内接于边长为2a1和 2a2的长方形，椭圆长轴与X轴的夹角为 把合矢量以角频率周期旋转，其矢量末端运动轨迹为椭圆的光称为椭圆偏振光。 两个频率相同，振动方向互相垂直且具有一定位相差的光波的叠加，一般可得到椭圆偏振光。 椭圆的形状取决于两叠加光波的振幅比 和相位差 椭 圆 偏 振 光 光矢量在垂直于光的传播方向的平面内，按一定频率旋转(左旋或右旋)。如果光矢量的端点轨迹是一个椭圆，这种光叫做椭圆偏振光。 （1） 整数倍时 表示合矢量末端的运动沿着一条经过坐标原点其斜率 为 的直线进行，其合成光波是线偏振光。 在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿某一个固定方向振动，则称为线偏振光，又称为平面偏振光或线偏振光。 （2） 的奇数倍时， 表示合矢量末端的运动沿着一条经过坐标原点其斜率 为 的直线进行，其合成光波是线偏振光。 （3） 的奇数倍时， 这是一个正椭圆方程，其长、短轴分量分别在X、Y坐标轴上，表示合成光波是椭圆偏振光。 若 则 合矢量末端运动轨迹是一个圆，此时合成光波是圆偏振光。 光矢量在垂直于光的传播方向的平面内，按一定频率旋转(左旋或右旋)。如果光矢量端点轨迹是一个圆，这种光叫做圆偏振光。 圆偏振光 （4）当 取其它值时，合成光波为任意取向的椭圆偏振光。 右旋圆 偏振光 右旋椭圆 偏振光 规定：迎着光线看，光矢量顺时针转的称右旋圆偏振光或椭圆偏振光）；光矢量逆时针转的称左旋圆偏振光（或椭圆偏振光）。 偏振光的旋向可以由两叠加光波的相位差来决定 右旋 左旋 椭圆偏振参量间的关系 一般，椭圆偏振光可以由合振动在坐标系xy中的分量Ex、Ey的振幅比和相位差表示，也可以由椭圆两个主轴长度及主轴（长轴）相对于坐标轴x的方位角及旋转方向来表示。 ★以上讨论的是两光波传播路程上某一P的合成电矢量的运动情况。如果要考察某一时刻传播路程上各点的合成电矢量位置，容易看出它们的末端构成一螺旋线，螺旋线的空间周期等于光波波长，同时各点电矢量的方向和大小不一，在与传播方向垂直的平面上的投影为一个椭圆，如下图。 椭圆偏振光的强度 前面得到线偏振的单色光波的强度表达式： 略去常数项有 对于椭圆偏振光有 则光强为 即椭圆偏振光的强度恒等于合成它的两个振动方向垂直的单色光波的强度之和，而与两个叠加波的位相差无关。这也适用于圆偏振光和自然光，即有 利用全反射产生椭圆和圆偏振光 利用线偏振光在两介质分界面上的全反射可以产生椭圆偏振光，因为全反射后垂直于入射面振动的s波和平行于入射面振动的p波之间有一个位相差 ，两个波合成结果可以使反射光成为椭圆偏振光。如对于玻璃-空气分界面，若玻璃的折射率n=1.51，当入射角 全反射后s波和p波的位相差 若在其中一个角度下连续反射两次，则位相差为 。此时，若入射线偏振光的振动方向与入射面成450，则全反射后s波和p波的振幅相等，反射光成为圆偏振光。根据这个原理设计出菲涅耳棱体。如图所示。入射的线偏振光如果振动方向与棱体的主平面（图面）成450，经棱体 在54037’下全反射两次后， 出射光就是圆偏振光。 线偏振光 圆偏振光 菲涅耳棱体（n=1.51) 4.5. 两个不同频率的单色光波的叠加 （1）、光学拍：当两个振动方向相同、振幅相同、且在同一方向传播，但频率相接近的单色光