光学教案-3-1(精品).ppt

3.1 波前波前 傍轴条件与远场条件傍轴条件与远场条件3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性主要内容主要内容1.波前的概念波前的概念2.同轴球面波的傍轴条件与远场条件同轴球面波的傍轴条件与远场条件 3.离轴球面波的傍轴条件与远场条件离轴球面波的傍轴条件与远场条件3.1 波前波前 3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性波波前前：波波场场中中的的任任一一被被考考察察平平面面，如如物物平平面面、像像平平面面、透透镜镜平平面面，以以及及波波场中任意被考察的平面。场中任意被考察的平面。引引入入波波前前的的意意义义：实实际际问问题题中中常常常常无无需需关关心心一一个个波波场场的的实实际际波波面面形形状状或或波波线线轨轨迹迹，而而只只关关心心波波场场在在某某一一个个特特定定波波前前上上的的复复振振幅幅分布。分布。3.1.1 波前的概念波前的概念3.1 波前波前 3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性一对沿一对沿xz平面传播的平面波平面传播的平面波P和和P*在任意点（在任意点（x,z）的复振幅分布：的复振幅分布：(3.1-1)在在z=0平面上平面上一对一对相位共轭波相位共轭波：(3.1-2)图图3.1-1 位于位于xy平面的相位共轭平面波的波前平面的相位共轭平面波的波前zP*Px-q qq qO(1)平面波的波前表示平面波的波前表示3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性3.1 波前波前3.1.1 波前的概念波前的概念一对沿一对沿z轴方向相向传播的平面波轴方向相向传播的平面波P和和P*的复振幅分布可表示为的复振幅分布可表示为 (3.1-3)在在x=0平面平面一对一对相位共轭波相位共轭波：图图3.1-2 位于位于yz平面的相位共轭平面波的波前平面的相位共轭平面波的波前zP*Px-q qp p-q qO3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性3.1 波前波前3.1.1 波前的概念波前的概念同轴球面波及其同向相位共轭波的波前（同轴球面波及其同向相位共轭波的波前（z=0平面平面）：(3.1-4a)(3.1-4b)图图3.1-3 一对相位共轭球面波的波前一对相位共轭球面波的波前(b)轴外源点轴外源点zP1P1*xRRO(a)轴上源点轴上源点zQ1Q1*xRRO(2)球面波的波前球面波的波前3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性3.1 波前波前3.1.1 波前的概念波前的概念离轴球面波及其同向相位共轭波波前（离轴球面波及其同向相位共轭波波前（z=0平面平面）：(3.1-5b)(3.1-5a)说说明明：以以上上相相位位共共轭轭波波仅仅限限于于空空间间某某个个特特定定平平面面。严严格格的的相相位位共共轭轭波波应应在在空空间间各各点点均均满满足足相相位位共共轭轭条条件件，即即两两个个波波的的波波面面在在空空间间各各点点均均一一一一重合，但波矢量方向相反的一对反向传播的波。重合，但波矢量方向相反的一对反向传播的波。3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性3.1 波前波前3.1.1 波前的概念波前的概念 位位于于x1y1平平面面上上坐坐标标原原点点Q处处的的点点源源所所发发出出的的同同轴轴球球面面波波在在xy平平面面上上场场点点P的的复振幅分布复振幅分布：(3.1-6)图图3.1-4 傍轴条件与远场条件下的同轴球面波波前傍轴条件与远场条件下的同轴球面波波前y1zQPx1zrOyx当场点距离源点相当远时，两者距离：当场点距离源点相当远时，两者距离：(3.1-7)3.1.2 同轴球面波的傍轴条件与远场条件同轴球面波的傍轴条件与远场条件3.1 波前波前 3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性远场条件：远场条件：(3.1-9)傍轴条件：傍轴条件：(3.1-8)傍轴条件下：傍轴条件下：傍轴条件下同轴球面波波前的复振幅：傍轴条件下同轴球面波波前的复振幅：(3.1-10)(3.1-11)远场条件下：远场条件下：(3.1-12)结论：结论：在远场条件下，球面波波前将过渡到平面波波前在远场条件下，球面波波前将过渡到平面波波前。3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性3.1 波前波前3.1.2 同轴平面波同轴平面波或或 离离轴轴点点源源P1发发出出的的球球面面波波在在场场点点P的复振幅分布：的复振幅分布：(3.1-14)(3.1-13)图图3.1-5 傍轴条件与远场条件下的离轴球面波波前傍轴条件与远场条件下的离轴球面波波前y1zQ1Px1zrOyxP1r1r03.1.3 离轴球面波的傍轴条件与远场条件离轴球面波的傍轴条件与远场条件3.1 波前波前 3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性场点场点P和源点和源点P1的傍轴条件和远场条件：的傍轴条件和远场条件：场点的傍轴条件：场点的傍轴条件：场点的远场条件：场点的远场条件：源点的傍轴条件：源点的傍轴条件：源点的远场条件：源点的远场条件：源点源点P1与场点与场点P 均满足傍轴条件均满足傍轴条件：场点场点P 满足满足傍轴条件傍轴条件，源点，源点P1同时满足傍轴条件和远场条件同时满足傍轴条件和远场条件：(3.1-15)(3.1-16)3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性3.1 波前波前3.1.3 离轴平面波离轴平面波 源点源点P1满足满足傍轴条件傍轴条件，场点，场点P同时满足傍轴条件和远场条件同时满足傍轴条件和远场条件：(3.1-18)(3.1-17)源点源点P1和场点和场点P同时满足傍轴条件和远场条件同时满足傍轴条件和远场条件：结结论论：源源点点和和场场点点同同时时满满足足傍傍轴轴条条件件和和远远场场条条件件时时，离离轴轴球球面面波波的的波波前前也也将过渡到平面波波前。将过渡到平面波波前。2 光学成像的几何学原理光学成像的几何学原理3.1 波前波前3.1.3 离轴平面波离轴平面波1.波前的概念波前的概念2.相位共轭波的概念相位共轭波的概念 3.傍轴条件与远场条件及其物理意义傍轴条件与远场条件及其物理意义3.1 波前波前 3.光的干涉与相干性光的干涉与相干性本节重点本节重点