波动光学的基本原理精选文档.ppt

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1、波动光学的基本原理1本讲稿第一页，共二十六页2、波前波前一、波前的概念一、波前的概念 波前通常指的是一个等相面或走波前通常指的是一个等相面或走在最前面的波面。对于定态光波，最在最前面的波面。对于定态光波，最关心的是一个特定波前上的复振幅的关心的是一个特定波前上的复振幅的二维分布。二维分布。2本讲稿第二页，共二十六页例题例题1 1：一列平面波的传播方向平行于x-z面，与z轴成倾角，写出其及其共轭波在波前z=0面上的复振幅分布。解答解答：该平面波波矢的三个分量为则：设3本讲稿第三页，共二十六页复振幅互为复数共轭的波称为共轭波，所以上述平面波的共轭波为：4本讲稿第四页，共二十六页例题例题2 2：分别

2、写出与z=0平面距离为R的两个物点在此平面上的复振幅分布。并分析此两球面波的共轭波分别是怎么的波。设一物点在z轴，另一物点在轴外。解答解答：对于轴上物点O，坐标为（0，0，R）其波前为（注意：是发散的球面波）：5本讲稿第五页，共二十六页 对于轴上物点O1，坐标为（x1，y1，-R）其波前为：它们的共轭波为：6本讲稿第六页，共二十六页 对应的物点坐标分别为，O（0，0，R）O1（x1，y1，-R）。显然它们都是发散的球面波（如下图所示）。7本讲稿第七页，共二十六页8本讲稿第八页，共二十六页二、傍轴条件和远场条件（轴上物点）二、傍轴条件和远场条件（轴上物点）x-yx-y是物平面，是物平面，x-y

3、x-y 是像平面，二者相是像平面，二者相隔一定距离隔一定距离z z，讨论物面上某点源照射下，接收，讨论物面上某点源照射下，接收面上的波前如何？进一步，在什么条件下，球面上的波前如何？进一步，在什么条件下，球面波可以近似转化为平面波？面波可以近似转化为平面波？核心问题是要分析清楚波前的复振幅分布，核心问题是要分析清楚波前的复振幅分布，即其振幅大小和相位的分布即其振幅大小和相位的分布。要特别注意，光波要特别注意，光波的波长很短，很小的距离变化，将会引起较大的的波长很短，很小的距离变化，将会引起较大的位相变化。另外要注意到平面波具有线性位相因位相变化。另外要注意到平面波具有线性位相因子的特征。子的特

4、征。9本讲稿第九页，共二十六页 O为点光源，位于物平面上的坐标原点，P为接收平面（像平面上任一点），坐标为（x，y）。10本讲稿第十页，共二十六页11本讲稿第十一页，共二十六页12本讲稿第十二页，共二十六页在满足傍轴条件时，振幅是常数（对于同一个接收面，振幅是常数（对于同一个接收面，z是相同的）是相同的）。13本讲稿第十三页，共二十六页在同时满足傍轴条件和远场条件时，对于同一个接平收面，振幅是常数，对于同一个接平收面，振幅是常数，位相也是一个常数（与位相也是一个常数（与xx、yy无关），无关），这时球面波可以近似看作是平面波（相这时球面波可以近似看作是平面波（相当于垂直入射的平面波）。当于垂直

5、入射的平面波）。14本讲稿第十四页，共二十六页三、傍轴条件和远场条件（轴外物点）三、傍轴条件和远场条件（轴外物点）15本讲稿第十五页，共二十六页16本讲稿第十六页，共二十六页 1、物点和场点同时满足傍轴条件物点和场点同时满足傍轴条件：振幅具有平面波的特点，但位相不满足平振幅具有平面波的特点，但位相不满足平面波的特征（存在二次项和交叉项）。面波的特征（存在二次项和交叉项）。17本讲稿第十七页，共二十六页2、场点满足傍轴条件、物点同时满足傍轴条件和、场点满足傍轴条件、物点同时满足傍轴条件和远场条件远场条件，3、物点满足傍轴条件、场点同时满足傍轴条件和远、物点满足傍轴条件、场点同时满足傍轴条件和远场

6、条件场条件，18本讲稿第十八页，共二十六页 位相因子满足平面波的特征，此时球面波转化位相因子满足平面波的特征，此时球面波转化为平面波。为平面波。作业：P159，1、2。19本讲稿第十九页，共二十六页3、定态平面波和定态球面波定态平面波波函数的特点：（1）振幅是常数，与场点的坐标无关；（2）位相是直角坐标的线性函数：是波矢。场点P的位置矢量。为振源的初相位（下同）。20本讲稿第二十页，共二十六页21本讲稿第二十一页，共二十六页定态球面波波函数的特点：（1）振幅反比于场点到振源的距离。（2）位相的分布形式为：22本讲稿第二十二页，共二十六页4、光是一种电磁波，它是矢量波，需要用两个矢量来描述：在一

7、定条件下，一般只需要考虑光波中振在一定条件下，一般只需要考虑光波中振动矢量的某一分量，这时矢量波可以近似用动矢量的某一分量，这时矢量波可以近似用标量波来处理。在各向同性媒质中傍轴条件标量波来处理。在各向同性媒质中傍轴条件时，用标量波来处理光的干涉、衍射等问题时，用标量波来处理光的干涉、衍射等问题得到的结果基本正确。得到的结果基本正确。23本讲稿第二十三页，共二十六页三、复振幅描述三、复振幅描述 在讨论单色波场中各点扰动的空间分布时，时间因子总是相同的，常可以忽略不写，为此引入复振幅：1、复振幅、复振幅24本讲稿第二十四页，共二十六页2、平面波和球面波的复振幅、平面波和球面波的复振幅球面波的复振幅球面波的复振幅平面波的复振幅平面波的复振幅（发散发散）（会聚会聚）25本讲稿第二十五页，共二十六页四、强度的复振幅表示四、强度的复振幅表示作业：P147,1、3（相对强度）26本讲稿第二十六页，共二十六页