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“现代光学基础”12年复习提要
说明可见光波段范围。
380nm~760nm
已知真空中三个可见光波长分别是?1=400nm,?2=500nm,?3=700nm,
计算这三种光波的时间频率f1,f2,f3。
当它们在折射率为1.33的水中传播时,其波长各为多少?其光速是多少?(忽略色散)
当它们在折射率为1.58的玻璃中传播时,其波长各为多少?其光速是多少?(忽略色散)
a)
b)
c)
写出球面波的复振幅表示式,注意发散和会聚球面波的差异。
设观察点P离开光源的距离为r,
发散球面波复振幅:
会聚球面波复振幅:
写出无源均匀介质的时域和频域形式的波动方程,比较两者的差异,说明波动方程的物理意义(空间、时间、影响传播速度的因素)。
时域波动方程:时域波动方程通过代换:
频域波动方程:其中波矢量
对比振动波动方程:可以看出自由空间中交变电磁场的运动和变化具有波动形式,而形成电磁波,其传播速度:电磁波在介质中传播速度(是介质磁导率和介电常数的函数,即传播速度受介质的影响)在真空中传播速度为接近光速,推测光就是一种电磁波。
频域波动方程是关于电场及磁场的两个独立的二阶矢量偏微分方程,是空间的函数。
物理意义:波动方程说明点此相互作用只能以有限的速度传播(光速c),而没有瞬时的作用。
从频域波动方程可以看出,电磁场的角频率为ω(即相位变化率),,表示电磁场在空间上单位长度相位的变化量。
证明平面电磁波公式是波动微分方程的解。
证明:将代入证明即可。
为什么要考虑电磁场边界条件?边界条件是指哪些场量?应满足什么条件?
1)原因:光波在不同介质中传输,界面两侧的ε、μ和σ发生突变,使得电场、磁场、电流密度大小和方向变化,因而在分界面上不连续,麦克斯韦方程微分形式不适用,用积分形式的麦克斯韦方程讨论。从而引出电磁场的边界条件。
2)哪些场量:界面上,电感应强度(D)磁感应强度(B)电场强度(E)磁感应强度(H)的切向分量或法向分量
3)应满足条件:
法向分量
切向分量电荷面密度,传导电流
对于非导电介质,,即界面上电感应强度和磁感应强度的法向分量连续;电场和磁场的切向分量连续。
说明平面波波阻抗的物理意义。
波阻抗:,在真空中
物理意义:电磁波传播时,与传播方向垂直的横平面上电场和磁场的振幅之比。
表示电磁波中电场与磁场之间的关系。
若平面波传播方向用波矢量K表示,空间任意点的位置用矢量r表示,请用以下三种方式写出在任意方向上传播的平面波复振幅表示式,①矢量表示式、②直角坐标表示式、③方向余弦的表示式。
矢量表示
直角坐标表示式:
方向余弦表示式:
设单色平面波用表示,求用电容率?、导磁率?0表示的该平面波传播速度。
沿任意方向的传播速度:
若波矢方向与直角坐标系z轴一致的传播速度:
在折射率为n的介质中的传播速度。
解:
(1)沿任意方向的传播速度为r矢量与K矢量的夹角
(2)若波矢方向与直角坐标系z轴一致,则纵向传播常数(相位系数)等于空间传播常数,相速度等于媒质中的光速;
(3)折射率为n的介质中,
光波的群速度和相速度有何差异?光波在有色散和无色散介质中传播时的群速度和相速度有什么不同?
相速度——等相面传播速度
群速度——波群振幅极大值传播的速度
在无色散介质,不同频率的单色波传输速度相同,合成波波型稳定,相速度和群速度相等;
在色散介质,不同频率的单色波传输速度不同,合成波振幅最大值的传播速度既不等于单色波的相速度,也不等于合成波的相速度。
平面波在有增益和吸收的介质中的传播时,如何表示介质折射率?通过吸收介质时光强度的衰减和什么因素有关?如何表示其衰减系数?
1)用复数折射率表示:条件:各向同性介质,折射率不随位置变化
折射率虚部表示介质对光波有增益或吸收。
2)振幅按指数函数放大——增益介质;
振幅按指数函数衰减——吸收介质;
3)吸收介质光强变化:随传播距离变化
衰减系数——单位长度光强度衰减量:
两个互相垂直,有相同振幅、相同频率和相位差为d的线偏波合成后,在什么情况下它们的合成波是线偏振波、椭圆偏振波、园偏振波?
1)若d=0或2p整数倍,则合成波仍是线偏振波
2)当d有任意值时,合成波为椭圆偏振波
3)由于d=±p/2+2mp(m=0,±1,±2,,),为正椭圆偏振
d=p/2,为右旋圆偏振光d=-p/2,为左旋圆偏振光
分析波片的工作原理(注意
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