PPT定态光波及其复振幅描述

第二章波动光学基本原理

各种波动尽管具体形态各异，但在基本原理、基本概念、所用的数学语言和计算方法上却有着惊人的相似，甚至可以说是几乎完全一样。本章主要讨论一般波动理论中带普遍意义的基本原理和计算方法。光波作为波长极短的一种电磁波，跟其他波相比，其主要特点反映在研究和应用它的实验装置和仪器上，这些内容留到后面再讨论。§1定态光波及其复振幅描述1、波动及其时空双重周期性波动定义：振动在空间的传播。波场中每点的物理状态随时间周期性变化；每一瞬时，波场中各点物理状态的空间分布也呈现一定的周期性。--波动的时空双重周期性构成波动的三个条件(波动的基本特征)：时间周期性，空间周期性，伴随能量的不断传播。2、标量波与矢量波标量场（scalarfield）

：如果空间中一个区域内的每一点都有一物理量的确定值与之对应，在这个区域中就构成该物理量的场。如果与空间点对应的物理量是一个有确定数值的标量，这种场就叫标量场，如温度场、密度场、电位场等。波场中物理状态的扰动可用标量场描述的称为标量波，如密度波，温度波等。标量波：

矢量场（vectorfield）

：如果与空间点对应的是一个既有确定数值又有确定方向的矢量，这种场就叫矢量场。如水流中的速度场、地球表面的重力场、带电体周围的电场等。矢量波：

波场中物理状态的扰动需用矢量描述的称为矢量波，如电磁波。对光波的描述：波面（等相面）

波线

球面波

平面波

--同心光束

--平行光

现代光学的思想就是要在复杂的波场中分离出简单的成分—球面波和平面波。点光源3、定态光波1）定态光波定义：空间各点扰动均为同频率的简谐振动，（频率与振源相同）空间各点振动的振幅不随时间变化。在空间形成一个稳定的振幅分布。2）定态标量波表示式：场点振幅初位相圆频率3）定态电磁波表示式：维纳等人通过实验发现，能产生感光作用和生理作用的主要是光波的电场强度分量E，因此常将E称为光矢量，将E的振动称为光振动。也就是说，只需要研究清楚光波的电场强度分量E即可。此时，光波可作标量处理。

4）定态光波表示式：4、波函数中初相位的具体形式已知Q点振动的表达式：

则P点振动表达式是：定义波矢：

真空中的波矢：沿着波的传播方向。5、平面波的具体表达式

XQZ1）选坐标原点为计算起点

设原点振动方程为：又：XQZxQz2）初相位的特点xQz位相是直角坐标系的线性函数。位相相同（即(P)=常数）的点在一个与k垂直的平面内，故而为平面波。

3）振幅特点：

场点中各个点的振幅都相等。

xQz6、球面波的波函数的具体表达式1）振幅特点：

证明：

由能量守恒定律得：定义：2）发散球面波

3)会聚球面波：

4)初相位的特点：7、相位的物理意义1）相位表示一个振动的状态（振动方向，大小，变化趋势）2）可以比较两个振动的超前和落后（谁先振动谁就超前）3）初相位越小，振动越超前，初相位越大，振动越落后。8、光程的表示式及其物理意义1）光程的表达式：XQZ2）平面波的光程表达式：3）球面波的光程表达式：

9、定态光波的复振幅描述1）定态光波的复振幅将简谐式对应成复指数形式：--定态光波的复振幅2）引入定态光波复振幅的意义：为了运算的方便3）注意：（1）两种关系式只是对应关系，不是相等关系（2）复振幅只用于运算（3）对应成相应的简谐式后,再讨论其物理意义10、平面波和球面波的复振幅表达式

1）平面波的复振幅表达式特点：振幅是常数，相位因子是坐标的线性函数2)

球面波的复振幅表达式振幅和相位因子均为坐标的二次函数,一般把原点选在波源上，形式会简单些。3）复振幅与波形具有