第31讲-物理光学第一、六章复习

1、物理光学OpticalPhysics讲解人：: j：Voice:68913790理工大学光电学院总复&6章第一章 光波的基本性质1.掌握以下基本概念：波动，简谐波，波函数，复振幅，光波的位相及初位相，波面（等相面），平面波，球面波,布儒定律.2、平面电磁波的性质矢量波；横波性质：K E kvB电场和磁场的关系: E vB ；电磁波的能量： S 1 E B 。掌握以下关系电磁波的特性参数：1.11cVV ， c 3108 m / s ， n 00c 真空中空间周期0 ，时间频率 ，速度 c 的关系： 2.0速度 c 的关系： V 介质中空间周期 ，时间频率 ，对可见光： 0.4 0.7m, 7.

2、51014 4.31014 Hz 从真空进入介质:0 c V n3.从 n 介质进入 n 介质： 1 V1 C V2 n212VC Vn22113.一维简谐波的波函数，空间参量和时间参量,两者之间的关系E z, t E0空间参数:exp j kz t 0 f 1 , k 2,T , 1 , 2 2时间参数:TTT , V , kV二者关系:V4.波面,三维简谐平面波E r, t E0 exp j k r t 0 等相面方程k r c (常数)三维简谐平面波在二维平面上的波函数及复振幅分布E x, y, t E0 exp j 2 fx x f y y 2 t 0 E x, y E0 exp j

3、2 fx x f y y 0 cos cos 空间频率： ffxyycos KxOcosZ5. 简谐球面波E(r, t) E0cos(kr t )0rE(r, t) E0exp j(kr t )或0rE(r) E0exp j(kr 复振幅:)0r当K 2 时,对应发散球面波当K 2 时,对应会聚球面波 x, y （意义）exp jkz exp j k x x2 E0E x, y 2 y y000z2z00z0 0 :发散球面波,z0 0 :会聚球面波6.折、反射定律给出了Er , Et , Ei公式方向之间的关系。公式描述了Er , Et , Ei 振幅、位相间的定量关系。2n1 cosi E

4、tos n1 cosi n2 cost Eros iostr sn cos n cosEsn cos n cosEios1i2t1i2t2n1 cosi Etopn2 cosi n1 costEtroprpn cos n cosEn cos n cospEiop2i1t2i1tiop（1）光波从光疏介质射向光密介质，反射波和透射对于入射波的变化；特定理和特角.反射 相跃变.对于入射波的位n1 n2 时,(2)特定律依然成立;但 S 分量反射光不存在位相跃变。掌握全反射的性质，全反射临界角的定义。思考题1.振动?波动?如何描述光波的波动?2. 什么叫横波?如何证明或推理说明光波是横波?3.波面?

5、平面波?球面波?思考题4. 一维简谐波包含那些空间参量和时间参量?两种参量之间的关系是什么?5.三维简谐平面波的空间频率? 它K的关系是什么?和思考题6.光波从一种媒质进入另一种媒质,在两种媒质界面处会发生那些变化?7. 什么叫特定理?特角?该定理在那些方面得到了应用?8. 什么光的全反射?发生全反射的条件是什么?全反射应用?第六章光的偏振和晶体光学基础EkB1.掌握以下基本概念晶体光轴、单轴晶体、双轴晶体主平面、D振动方向、D方向（K）寻常光（o光）振动方向垂直于主平面异常光（e光）振动方向平行于主平面线偏器的偏振度和消光比定律自然光， 偏振光， 部分偏振光，线偏振光, 光学各向异性，波片2

6、.各种偏振态的具体描述(1)利用D 矢量的分量表达式，DDy)0 Dycos(kz t y )00当Dy0Dx 和 y 0取x00不同值时,具有不同的偏振态.取不同值时D的振动图23440 3 4 4 2偏振光的Jones矩阵2 DxD2 D1 e jx00 2D正椭圆偏振光： je2 0 x0y0Dy0 D2 12 Dx0jDy e jx2D0 xy2000 DyD 1 2 e jx0Dx002 j圆偏振光： 02线偏振光： 0 或 Dxcos sin 022DjxD eD e jx00 x0y00Dy022DDx0y0 22 的取值范围：3. 晶体的光学性质一束偏振光进入单轴晶体，将分解为

7、一对正交的本征振动 D1, D2 ，全面描述o 光和e 光的性质。单轴晶体的光学性质小结在各向同性媒质中，线偏振波的 D 可取垂直于 K 的任何方向。但在单轴晶体中，D 只能取两个“本征 D 方向”或“本征偏振方向”，即 D1 , D2 方向。这两个方向的折射率 n1 和n2 称为本征折射率。在晶体中,只有作为本征态的线偏振光可以以固定的偏振态。（3） 平面波从各向同性媒质射向各向异性媒质（晶体），反射光 Dr 为寻常光，折射率n0 ，符合反射定律。在一般情况下（晶体光轴与折射光光包含两个本征态线偏光 Dt1和Dt 2 。方向不平行）：折射Dt1 是寻常光，折射率n0 ，方向 Kt1 符合折射

8、定律，振动垂直于主平面，且 Dt1Et1, Kt1S1 。是异常光，折射率n2 随 Ki 在ne 和n0 之间变化，不符合折Dt 2 S2 ，所以只 Et 2或Kt 2射定律， Dt 2 振动在主平面内， Dt 2有 D 是横波。（4）特例 1光轴 C 平行于界面，Ki 正入射，折射光仍然包含两个本征态线偏光 Dt1和Dt 2 。只不过方向相同（ Kt1Kt 2），且KtS ， DtEt 。但 Dt1和Dt 2 折射率不同。对正单轴晶体，Dt1 折射率n0 （极小值）， Dt 2 折射率ne （极大值）。如果在晶体中距离 d ， 则对两本征值D引入相位差= 2 d nn ) 。eodKiCD1

9、D2KiD1D2dC（5）特例 2Kt光轴 C 垂直于界面，Ki 正入射。不产生双折射，Ki 对应无数多个 D。类似于在各向同性媒质中。（但对石英晶体之类旋光物质，会产生旋光现象）。4.线偏器的性质及偏振光检验(Malus)定律图中 OP 表示入射光振动方向，OA 表示元件的主方向，两者的夹角为 。如果分别用 I P 和 I A 表示入射光和透射光的光强，则定律想的线偏器有：，对于理I A IP cos 2（1）线偏器对入射光强的调制作用（应用定理）P1P2P3P4波片对偏振光的作用波片的概念d基本功能是：在已知的两个正交本征偏振方向上，为入射的偏振光引入特定的附加位相差。d如波片材料的寻常和

10、异常折射率分别为no 和ne ，厚度为 d，则寻常光和异常光的光程分别为：L dn， Le dnen光程差L 为： L Ln引入的附加位相差 为：2 d k L k d 00eo0几种常用的单块式波片d /4 波片：(QWP) 1 L d n , N oe042 /2 波片：（HWP） 1 L d n , Noe02全波片：(WP)L d ne no N0 2N波片的“快轴”和“慢轴”方向1.波片有两个特殊方向,一个是光轴方向(即 e 光振动方向);另一个垂直光轴的方向(即 o 光振动方向)。 是指这两个方向的位相差。.2. 波片上应标注“快轴”(u)或“慢轴”(v)方向，并且规定：当把 移至

11、(- , )区间内后，慢轴方向的位相延迟比与其垂直的快轴方向延迟多 。这样，波片上只需标注一个方向(u or v)，和一个的符号(如“ ”或“ ”)就可以知道哪一个方向受到了代表 24较多的位相延迟。波片的“快轴”和“慢轴”方向yU yV xV xU eeOzOz正单： n0 ne ，负单： n0 ne石英no 1.5442, ne 1.5533n0 1.6584, ne 1.4864分析波片对不同偏振态光波的作用线偏光自然光椭偏光QdC6.椭圆偏振光(包括园偏光）产生的途径分析椭圆偏振光的复振幅表达式：1 DD Dexp j0y 0e j e j0 x0Dy 0 Dy 0y 0 x0其中：

12、D2D2Iyx00, t 由两个振动方向正交的线偏光分量组成，两表明椭圆偏振光分量的振幅分别为 Dx0 和 Dy 0 ,初相位分别为x0 和 y 0 。产生椭圆偏振 , t ，只要求两个分量的振幅比等，位相差等于 即可。光于/产生指定偏振态的椭圆偏振光，需要两个步骤：第一步：利用线偏器将自然光转化成在给定坐标系(x,y)中有特定偏振方向角 的线偏光，目的（1），保证该线偏光的振幅比为 Dy0 / Dx0 ，为此需有： tan1 D/ Dy0 x0（2）保证两个线偏振分量具有固定位相差(0 或 )第二步：让上述线偏光经历一个各向异性过程,使其x、y 分量之间产生一个位相差 ，从而获得具有指定偏振态的椭圆偏振光。这就需要使用波片。方法：采用1/4波片和检偏器(yser)的方法步骤：1）首先用检偏器