甲型光学第1章光的波动模型.pptVIP

几何光学小结1光线原理定理—费马，反射折射2光线球界面传输---gauss公式等３应用---光学仪器设计，成像（特别注意物象空间，物象距离，焦距正负），照相，光度学４扩展思考：负折射，3D成像，光纤，梯度折射，光线矩阵，解释自然界５重点：费马，成像公式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Whatisawave?波动光学的建立1678年，Huygens提出光的波动学说。1801年，T．Young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。 光的电磁波模型光波长的范围紫外光可见光红外光50nm------400nm-------760nm--------100μm对红外光1μm------------10μm-----------100μm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(衡量：位置）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；ν＝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，具有空间上的周期性波长λ：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（注意P为位置） 振动（固定P）取决于相位，所以振动的传播（Ｐ变化）就是相位的传播。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。光通量与光强光波传播能量光通量：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(fouriertransform)。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。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的等相位面，即波面或波阵面。可根据波面的形状将光波分类。（1）平面波：波面是平面（a）振幅为常数（b）空间位相为直角坐标的线性函数波矢的方向角表示在数学中常用方向余弦表示矢量的方向，即用矢量与坐标轴间的夹角表示在光学中习惯上采用波矢与平面间的夹角表示矢量的方向（2）球面波：波面是球面（0，0，z0）发出的球面波在（x，y，0）平面的振动为4．光波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光波场在P点的强度四．有关光波的几个概念1．波面：位相相等的空间点构成的曲面，也称波阵面。2．波前：光波场中的任一曲面（一般是垂直光轴平面）。3.波前函数：波前上的波函数（复振幅）4．等幅面：振幅相等的空间点构成的曲面。5．共轭波：波前函数（复振幅）互为共轭的波。 互为共轭的波，其传播方向应该是相关联的。5.波线与波面垂直的直线，表示波的传播方向。与波矢的方向是相同的。在几何光学中，波线就是光线。6．远场条件、近轴条件