高等物理光学课件-平面波.pptVIP

*******************高等物理光学-平面波平面波是一种最简单而基本的电磁波形式。它能够在均匀介质中传播,为理解复杂波动现象奠定基础。通过学习平面波的传播规律,可以深入了解光学系统的工作原理。什么是平面波定义平面波是一种特殊的电磁波,波前是无限大的平面,在传播过程中波前保持平面且振幅恒定不变。这种波可以看作是一组相位相同的平行波面,传播方向垂直于波面。特点平面波具有波面平坦、传播方向恒定、振幅恒定等特点。这些特性使平面波在物理光学研究和工程应用中有重要作用。平面波的特点空间均匀性平面波在空间中传播时保持相位和振幅的均匀性，没有强弱起伏。方向性平面波沿固定方向传播，波前平面垂直于传播方向。无衍射平面波在传播过程中不会发生衍射现象，不会绕过障碍物。无干涉平面波不会与其他平面波发生干涉，因为它们的波前是平行的。平面波的传播方向和波矢量3维度平面波可以在三维空间中传播1波矢量描述波的传播方向和速度∞传播距离平面波可以无限远传播平面波是在三维空间中传播的电磁波,其波前是无限平行的平面。波矢量k描述了波的传播方向和速度,垂直于波前。平面波可以在空间中无限远传播,不会发生衍射。平面波的相位和频率相位平面波在空间中的位置决定了波的相位。相位决定了波在某一点的振幅大小和方向。频率平面波的频率决定了波的振荡快慢。频率越高,波振荡越快。频率决定了波的能量大小。平面波的相位和频率是描述波动现象的两个基本参数。相位决定了波在时间和空间的状态,而频率则决定了波动的快慢。这两个参数共同决定了平面波的完整性能。平面波的幅度和功率平面波具有恒定的幅度和功率密度。幅度表示电场强度的大小,功率密度则表示单位面积上的功率。平面波的幅度和功率密度是沿传播方向保持不变的,这意味着平面波具有高度的指向性。该图表展示了平面波的典型幅度和功率密度数值,可以看出这些参数在传播过程中保持恒定。这种性质使得平面波在实际应用中具有重要意义,例如在光学成像、雷达系统和天线设计等领域。平面波的极化状态线偏振电场矢量振动方向保持不变的平面波。可以是水平、垂直或任意倾斜的线偏振。圆偏振电场矢量绕着传播方向旋转的平面波。左旋或右旋两种情况。椭圆偏振电场矢量在传播时绕着一个椭圆轨迹旋转的平面波。是线偏振和圆偏振的组合。线偏振平面波线偏振平面波是指电场矢量在某一固定方向上振荡的平面电磁波。它的电场矢量和磁场矢量始终保持垂直,并且在传播过程中维持固定的振荡方向。线偏振平面波可以通过各种方式产生,如使用偏振片或者双折射晶体等。椭圆偏振平面波椭圆偏振平面波是一种特殊的平面波,其电场矢量沿椭圆轨迹旋转。这种偏振状态可以通过两个正交的线偏振波的合成实现,具有丰富的物理特性和多样的应用。椭圆偏振平面波不仅可以在光学和电磁学中应用,也在许多其他领域如通信、雷达等有广泛用途。它的产生、特点和应用都值得深入探讨。圆偏振平面波定义圆偏振平面波是电磁场矢量在传播过程中以恒定角速度旋转的平面波。其电场矢量的端点在时间和空间上描绘出一个圆锥面。传播特性圆偏振平面波能够保持其偏振状态不变,沿直线传播,不会产生偏振状态的变化。这使其在光通信、激光加工等领域有广泛应用。旋转方向根据电场矢量的旋转方向,圆偏振平面波可以分为左旋和右旋两种。这两种波在一些物理过程中会表现出不同的行为。平面波的反射和折射1入射时的反射当平面波遇到两种不同介质的界面时，一部分能量会发生反射，反射角等于入射角。2折射现象另一部分能量会发生折射，折射角依赖于两种介质的折射率。3反射和折射的规律反射角和折射角的大小由菲涅尔公式决定，满足入射角、反射角和折射角之间的关系。入射角、反射角和折射角的关系入射角反射角折射角入射光线与法线之间的角度反射光线与法线之间的角度折射光线与法线之间的角度用θi表示用θr表示用θt表示入射角等于反射角，即θi=θr入射角等于反射角，即θi=θr入射角、反射角和折射角满足菲涅尔公式：n1*sin(θi)=n2*sin(θt)菲涅尔公式11223344菲涅尔公式描述了入射光线在两种介质界面处的反射和折射关系。它包括了4个基本公式,分别用于计算垂直偏振和平行偏振光波在介质界面的反射率和折射率。这些公式是理解光学系统中的反射和折射现象的基础。偏振光的反射和折射入射面光线在反射或折射时,光线、法线和入射面共同构成一个平面,称为入射面。p偏振当光线在入射面内振动时,称为p偏振。p偏振光的反射和折射遵循菲涅尔公式。s偏振当光线在入射面垂直方向振动时,称为s偏振。s偏振光的反射和折射遵循菲涅尔公式。全反射