第一章光的电磁理论讲述.ppt

等振幅面 群速度：等振幅面的传播速度 考虑相速度定义式 则 考虑 则 考虑 上式表明：在折射率随波长变化的色散介质中，准单色波群速度不等于中心波长处单色光的相速度。 则 正常色散 慢光效应 反常色散 快光效应 无色散（真空中） 由于光波的能量正比于电场振幅的平方，而群速度是波群等振幅点的传播速度，所以，它即是光波能量的传播速度。 严格地说，只有真空（或色散小的区域）中，群速度才可与能量传播速度视为一致。 在反常色散区，由于色散严重，能量传播速度与群速度显著不同，它永远小于真空中的光速；实际上，由于反常色散区的严重色散，不同波长的单色光在传播中弥散严重，群速度已不再有实际意义。 三、光波场的空间频率谱 沿任意方向传播的时谐平面波 波矢量 波矢量的方向余弦 时间频率（频率）：单位时间内的振荡次数。 空间频率：单位距离内的振荡次数。 空间频率随考察方向而异，在波矢方向的空间频率为 在直角坐标系中，三个坐标轴方向的空间频率分别为 复振幅可以表示为 平面波的空间传播特性可以用空间频率进行描述。 不同的空间频率值（方向余弦）对应不同传播方向的时谐均匀平面波。 任意空间传播特性或者沿任意方向传播的光波都可以用沿这三个正交传播方向的平面波进行描述。 即使一个单色平面光波，在传播中或与物质相互作用过程中，总会在空间上受到种种调制；如透镜口径对光波波面大小的调制、一张底片对光波透过振幅大小的调制、一块凹凸不平的透明玻璃对光波波面形状的调制等；这些空间限制或调制会破坏时谐平面波在空间范围内的延续性（如同单色平面波在时间上被限制或者幅度上被调制）。 用傅里叶变换方法把这些空间受限或者空间调制的波面进行分解，可以得到许多不同方向或者不同空间频率的平面波成分，称为空间频谱分解。 二维（xOy平面）的复振幅分布 空间频率谱（简称空间频谱） 平面上的单色光波场复振幅可视为向空间不同方向传播的单色平面光波 的叠加。 基元均匀平面波 基元均匀平面波的复振幅 光场 原函数 谱函数 单色平面波 单色平面波通过矩形孔屏 单色平面波通过网状屏 单色平面波通过圆形孔屏 常见光场的原函数和对应的空间频谱函数 常见函数的图形 四、总结 任何时间周期性和空间周期性的破坏都意味着单色平面光波（单色性和方向性）的破坏。 任何复杂的入射光波，比如非线偏振、非单色或非平面波情形，均可以将它们视为线偏振单色平面光波的某种组合。 4.6 球面光波与柱面光波 一、球面光波 一个在真空或各向同性介质中的点光源，它向外发射的光波就是球面光波；其等相位面是以点光源为中心、随着距离的增大而逐渐扩展的同心球面。 在球坐标系中，波动方程可写为 改写为球对称形式 向外传播的时谐球面波为 三角函数形式 复数形式 二、柱面光波 一根在真空或各向同性介质中的线光源，它向外发射的光波就是柱面光波；其等相位面是以线光源为中心轴、随着距离增大而逐渐扩展的同心圆柱面。 在柱坐标系中，波动方程可写为 改写为 向外传播的时谐柱面波为 三角函数形式 复数形式 平面波、球面波和柱面波的等相位面和等振幅面重合，都是光波的基本形式 在光学中，只要把光源放在足够远的位置，并且考察区域比较小时，就可以忽略振幅随距离的变化，将球面波和柱面波近似地看成平面波；或者将点光源放在透镜的焦点上，利用透镜的折射将球面光波变成平面光波 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * 入射光为线偏振光时 假设入射光波的电矢量与入射面夹角为 入射光为自然光时 反射光的偏振度 透射光的偏振度 由于s分量与p分量的反射率和透射率有可能不相同，因此反射光和折射光的偏振状态相对入射光可能发生了变化。 光学玻璃折射率1.52； 空气折射率1。 光在界面上的反射、透射特性由三个因素决定 入射光的偏振态 入射角 界面两侧介质的折射率 一般情况下， ， ，即反射率和透射率与偏振状态有关。 思考：线偏振光斜入射时，其反射光和折射光是什么偏振状态？ 仍然为线偏振光，但振动方向要发生改变。 线偏振光正入射或掠入射时，其反射光和折射光是什么偏振状态？振动方向是否改变？ 仍然为线偏振光，并且振动方向不变。 思考：自然光斜入射时，其反射光和折射光是什么偏振状态？ 部分偏振光。 思考：自然光正入射或掠入射时，其反射光和折射光是什么偏振状态？ 自然光。 课后思考：圆偏振光正入射、斜入射时，其反射光和折射光是什