光電子技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用第二章光學基礎(chǔ)知識與光場傳播規(guī)律

第二講物理與微電子科學學院SchoolofPhysicsandMicroelectronicsScience

2012年02月緒論（回顧第一講內(nèi)容）

1光電子技術(shù)發(fā)展簡史

光電子技術(shù)

信息光電子技術(shù)與器件

1.11.31.2光電子技術(shù)應(yīng)用

1.4第二講光電子技術(shù)是光子技術(shù)與電子技術(shù)結(jié)合形成一門技術(shù)光電子技術(shù)研究對象光與物質(zhì)中電子相互作用及能量相互轉(zhuǎn)換相關(guān)技術(shù)，是光波段電子技術(shù)光波段（紅外線、可見光、紫外線和軟X射線）1.1光電子技術(shù)1.2光電子技術(shù)發(fā)展簡史1.3信息光電子技術(shù)與器件1.4光電子技術(shù)應(yīng)用第一階段

光電探測器（光電信號接收）問世：第二階段激光器誕生及發(fā)展：第三階段

低損耗光纖問世1970年：美國研制損耗20dB/km石英光纖和室溫連續(xù)工作激光二極管，光纖通信為現(xiàn)實，這一年公認“光纖通信元年”

1960年：梅曼研成世界第一臺激光器——紅寶石激光器。后，各種固、氣、液、半導(dǎo)體激光器相繼出現(xiàn)

內(nèi)（外）光電效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，到出現(xiàn)光電管，再到溫差型紅外探測器和測輻射熱計

1.1光電子技術(shù)1.2光電子技術(shù)發(fā)展簡史1.3信息光電子技術(shù)與器件1.4光電子技術(shù)應(yīng)用按信息傳遞各個環(huán)節(jié)劃分對應(yīng)相應(yīng)技術(shù)器件1.1光電子技術(shù)1.2光電子技術(shù)發(fā)展簡史1.3信息光電子技術(shù)與器件1.4光電子技術(shù)應(yīng)用軍事應(yīng)用激光器及應(yīng)用CCD（電荷耦合）器件及應(yīng)用光纖技術(shù)及其應(yīng)用光存儲

21世紀3T目標：傳輸速度

處理速度

存儲速度光纖通信——取得輝煌成就領(lǐng)域

光計算——努力方向

光存儲——努力方向

光傳感——部分方面取得實用成就1.1光電子技術(shù)1.2光電子技術(shù)發(fā)展簡史1.3信息光電子技術(shù)與器件1.4光電子技術(shù)應(yīng)用光調(diào)制技術(shù)—光信息系統(tǒng)的信號加載與控制（七、八、十講）

光電顯示技術(shù)（十三、十四、十五講）

光盤與光存儲技術(shù)（二十、二十一、二十二講）光通信無源器件技術(shù)（十六、十七、十八、十九講）緒論（一講）

1光學基礎(chǔ)知識與光場傳播規(guī)律（二講）

2激光原理與技術(shù)（三、四、五講）

3光波導(dǎo)技術(shù)基礎(chǔ)（六、七講）

4第二講講授內(nèi)容表面等離子體共振現(xiàn)象與應(yīng)用的探究（二十三講）

5光電探測技術(shù)（十一、十二講）

678910連續(xù)可調(diào)太赫茲超常材料寬帶低損超吸收器（二十四講）

11

緒論

1光學基礎(chǔ)知識與光場傳播規(guī)律

2光學基礎(chǔ)知識

2.12.3

2.22.42.5麥克斯韋方程

電解質(zhì)

波動方程光波的表示與傳播特性光波的表示與傳播特性2.62.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性

2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振微粒說波動說光的電磁理論波粒二象性微粒說：

由光直線傳播性質(zhì)，牛頓1704年在《光學》提出光是微粒流理論。認為微粒從光源飛出，在真空或均勻物質(zhì)內(nèi)由慣性做勻速直線運動，解釋光反射定律和折射定律；

十七世紀開始，發(fā)現(xiàn)有與光直線傳播不完全符合事實；格里瑪?shù)?、胡克觀察到衍射現(xiàn)象；波動說：惠更斯1678年《論光》提出光在“以太”中傳播的波，提出光波動次波原理，解釋折射、反射定律，方解石雙折射定律。沒提到波長、相位；1815年，菲涅耳用楊氏干涉原理補充惠更斯原理，惠更斯——菲涅耳原理；1808年，馬呂發(fā)現(xiàn)光在兩種介質(zhì)表面上反射時偏振現(xiàn)象；楊氏1817提出光是橫波假設(shè)；菲涅耳完善這個觀點導(dǎo)出菲涅耳公式；波動說理論：既解釋光直線傳播，光干涉、衍射現(xiàn)象，又解釋光偏振現(xiàn)象；2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性

2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振微粒說波動說光的電磁理論波粒二象性光電磁理論關(guān)于光本性現(xiàn)代學說，說明光本質(zhì)是電磁波理論及光與物質(zhì)相互作用規(guī)律。19世紀60年代麥克斯韋提出，把光看成在某一范圍電磁波。能解釋：光傳播、干涉、衍射、散射、偏振現(xiàn)象，光還有粒子性，不能解釋光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)物理現(xiàn)象。內(nèi)容涉及：2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性

2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振微粒說波動說光的電磁理論波粒二象性光的電磁波性質(zhì)、單色平面波和球面波、光源和光的輻射、光在介質(zhì)界面上的反射和折射、全反射和隱失波、光在金屬表面的透射和反射、光的吸收、色散和散射、單色光波的疊加和干涉、不同頻率光波的疊加、復(fù)雜波的分解

波粒二象性：光電磁理論困難不能解釋光和物質(zhì)相互作用某些現(xiàn)象。熾熱黑體輻射中能量按分布問題。特別是1887赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)；1900年普朗克提出輻射量子理論能量不連續(xù)能量大小=h整數(shù)倍1905年愛因斯坦提出光量子理論（光子理論），解釋光電效應(yīng)。光波動性：光干涉、衍射和偏振

光粒子性：黑體輻射、光電效應(yīng)

光同時具波粒二象性光電效應(yīng)2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性

2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振微粒說波動說光的電磁理論波粒二象性折射、反射定律包括兩方面的內(nèi)容全反射折射、反射光位于入射光與界面法線決定平面內(nèi)折射率滿足，反射角=入射角（臨界角）2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振光從光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)入射——n1>n2

入射角>臨界角——1>c

入射光能量全部被界面反射回光密介質(zhì)（光纖工作原理）n2

n1

2=90折射、反射定律包括兩方面的內(nèi)容全反射2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振折射

反射獨立性原理疊加性相干性（干涉）波動三個特性——獨立性，疊加性，相干性獨立性原理兩列光波在空間交疊，各自傳播互不干擾，各自獨立按照自己原來傳播方向繼續(xù)前進，彼此不受影響；是波獨立傳播定律；疊加性

波獨立傳播定律成立前提下，兩列或多列波同時存在，它們交疊區(qū)域內(nèi)每點振動是各列波單獨在該點產(chǎn)生振動合成，是波疊加原理。2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振兩列波產(chǎn)生相干條件

相同存在相互平行振動分量位相差恒定兩個沿同一直線簡諧振動，相同，位相相同疊加原理獨立性原理疊加性相干性（干涉）2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振位相差恒定，與時間無關(guān)：平均強度

干涉項疊加原理獨立性原理疊加性相干性（干涉）2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振討論：兩振動位相相同

合振動平均強度最大值（干涉相長）兩振動位相相反合振動平均強度最?。ǜ缮嫦嘞┢骄鶑姸?-1

與t無關(guān)

獨立性原理疊加性相干性（干涉）2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振

干涉項光的衍射現(xiàn)象惠更斯?菲涅爾原理窗外說話，窗內(nèi)人聽見（聲波）；無線電波繞過山障礙物，山區(qū)能接收到電臺廣播（電磁波）；光波照射不透明障礙物，形成影子（人）；

說明什么？2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振光的衍射現(xiàn)象惠更斯?菲涅爾原理菲涅耳衍射（近場衍射）夫瑯和費衍射（遠場衍射）

(1)將波前上每個面元看做次波源；

(2)空間某點P振動是所有次波在該點相干疊加；原理2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振光的衍射現(xiàn)象惠更斯?菲涅爾原理2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振一束光射在一個小圓孔上，距孔1~2m放一塊毛玻璃屏，觀察小圓孔衍射花樣。點光源發(fā)出光通過圓屏邊緣衍射現(xiàn)象。O點光源，光路有不透明圓屏，討論P點振幅。菲涅耳衍射（近場衍射）

夫瑯和費衍射（遠場衍射）夫瑯和費單縫衍射裝置及現(xiàn)象：1.

實驗裝置：(1)單一小狹縫；

(2)滿足夫瑯和費條件；2.實驗現(xiàn)象：(1)衍射條紋成明暗相間對稱分布；

(2)中間條紋又亮又寬，其余從中間向兩邊，亮度減?。?/p>

(3)衍射條紋與入射光、單縫寬度有關(guān)?！?光的衍射現(xiàn)象惠更斯?菲涅爾原理2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振菲涅耳衍射（近場衍射）夫瑯和費衍射（遠場衍射）2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振暗紋則例：圖示，一波長單色平面波沿與縫平面法線角方向射到寬a單縫AB上；

解：狹縫兩邊緣處，衍射角兩光光程差為：求：寫出各級暗條紋對應(yīng)衍射角滿足條件；

光的衍射現(xiàn)象惠更斯?菲涅爾原理2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束縱波：波振動方向和振動方向相同；橫波：波振動方向和振動方向垂直；振動方向?qū)τ趥鞑シ较虿粚ΨQ性叫偏振。

由自然光得到偏振光過程稱起偏，所用器件起偏器；該器件用來檢驗?zāi)骋皇馐欠駷槠窆?，稱檢偏器。

光偏振態(tài)包括：自然光，線偏振光，部分偏振光，圓偏振光和橢圓偏振光；2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振自然光

自然光在⊥光傳播方向平面沿各方向振動矢量都有，各方向概率相等隨機分布；線偏振光

光矢量只沿某一固定方向振動光為線偏振光。偏振光振動方向與傳播方向組成平面稱振動面；

部分偏振光

部分偏振光在⊥光傳播方向平面內(nèi)沿各方向振動的光矢量都有，振幅不對稱，某一方向振動較強，與它⊥方向振動弱；圓偏振光

光矢量端點在⊥光傳播方向截面內(nèi)描繪出圓形軌跡；橢圓偏振光

光矢量端點在⊥光傳播方向截面內(nèi)描繪出橢圓軌跡。2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振自然光光路插入檢偏器，屏上光強減半，檢偏器旋轉(zhuǎn)，屏上亮暗無變化線偏振光檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，光強兩強兩弱，自然光經(jīng)過起偏器轉(zhuǎn)變成線偏振光部分偏振光檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，屏上光強兩強兩弱圓偏振光檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，光強無變化橢圓偏振光檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，光強兩強兩弱2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.1.1光的基本屬性2.1.2折射、反射、全反射2.1.3光的獨立傳播原理與干涉2.1.4衍射2.1.5偏振(1)麥克斯韋微分方程2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束D電位移矢量J電流密度矢量P電極化強度電荷密度

電場強度旋度=該點處磁感強度變化率負值磁場強度旋度=該點處傳導(dǎo)電流密度與位移電流密度矢量和電位移散度=該點處自由電荷體密度磁感強度散度處處為零1234麥克斯韋方程組是麥克斯韋把穩(wěn)定電磁場（靜電場和穩(wěn)恒電流的磁場）基本規(guī)律推廣到不穩(wěn)定電磁場普通情況得到的。(2)物質(zhì)方程2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束介電常（或電容率）=r0

磁導(dǎo)率，非鐵磁物質(zhì)=0

電導(dǎo)率J電流密度Js面電流

密度描述物質(zhì)在場作用下特性的關(guān)系式。給出媒質(zhì)電學和磁學性質(zhì)，是光與物質(zhì)相互作用時媒質(zhì)中大量分子平均作用結(jié)果。麥克斯韋方程組和物質(zhì)方程組成一組完整方程組，用于描述時變場情況電磁場普遍規(guī)律。2.3.1電介質(zhì)的特性2.3.2電介質(zhì)的分類形成宏觀束縛電荷現(xiàn)象稱電極化；能產(chǎn)生電極化物質(zhì)稱電介質(zhì)。極化強度：介質(zhì)折射率：關(guān)系不同，介質(zhì)呈不同特性：線性特性非色散特性均勻性各向同性空間非色散性

線性關(guān)系，常數(shù)（磁化率）；

t時刻只與此刻有關(guān)，與前面時刻無關(guān)；關(guān)系與位置無關(guān)，任何一處都是常數(shù)；關(guān)系與矢量取向無關(guān)，此時平行；某一位置r處P與該位置E有關(guān)，與其它位置處E無關(guān)。

2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束線性特性非色散特性均勻性各向同性空間非色散性

簡單電介質(zhì)

線性，非色散，均勻，各向同性；非均勻介質(zhì)

只是非均勻，關(guān)系與r有關(guān)，不同r處不同，n不同；

各向異性介質(zhì)

P與E方向不一致。P與E關(guān)系與E取向有關(guān)。不同方向極化率不同，折射率不同。這種介質(zhì)中某些方向易極化，另一些難極化；非線性介質(zhì)

P與E關(guān)系不只與E一次項有關(guān)，與它高次項有關(guān)；色散介質(zhì)

極化響應(yīng)不是即時的，與前一時刻E有關(guān)。2.3.1電介質(zhì)的特性2.3.2電介質(zhì)的分類簡單電解質(zhì)非均勻介質(zhì)各向異性介質(zhì)非線性介質(zhì)色散介質(zhì)

2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束波動方程（麥克斯韋微分方程）把(b)帶入(1)得兩邊取旋度左端利用矢量運算右端把(2)和(c)帶入得2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束D電位移矢量J電流密度矢量P電極化強度電荷密度

介電常=r0

磁導(dǎo)率，非鐵磁物質(zhì)=0

電導(dǎo)率J電流密度物質(zhì)方程阻尼項

2.4.1簡單電介質(zhì)情況下的時域波動方程2.4.2簡單電介質(zhì)情況下的頻域波動方程線性，非色散，均勻，各向同性電介質(zhì)同樣得磁場方程波動方程2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束波動方程物質(zhì)方程麥克斯韋微分方程電場方程磁場方程不導(dǎo)電介質(zhì)中有源波動方程不導(dǎo)電介質(zhì)中無源波動方程有源擴散方程無源擴散方程恒定場有源波動方程

無源波動方程場輻射來源于源激勵波動方程2.4.1簡單電介質(zhì)情況下的時域波動方程2.4.2簡單電介質(zhì)情況下的頻域波動方程2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束電導(dǎo)率（電荷密度,電流密度J不為0）電荷密度（電荷密度、電流密度J=0）

有源擴散方程

無源擴散方程系統(tǒng)為低頻緩變電磁場

不導(dǎo)電介質(zhì)中有源波動方程不導(dǎo)電介質(zhì)中無源波動方程有源擴散方程無源擴散方程恒定場2.4.1簡單電介質(zhì)情況下的時域波動方程2.4.2簡單電介質(zhì)情況下的頻域波動方程2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束波動方程（電導(dǎo)率,電荷密度,電流密度J不為0）（電導(dǎo)率≠0,電荷密度、電流密度J=0）

恒定場

不隨時間變化場

不導(dǎo)電介質(zhì)中有源波動方程不導(dǎo)電介質(zhì)中無源波動方程有源擴散方程無源擴散方程恒定場2.4.1簡單電介質(zhì)情況下的時域波動方程2.4.2簡單電介質(zhì)情況下的頻域波動方程2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束波動方程高頻低電導(dǎo)有源時高頻低電導(dǎo)無源時導(dǎo)電介質(zhì)中的無源波動方程緩變無源場有，過程略時諧條件此處頻域E，H是與t無關(guān)量，時域場波動方程中E，H與t有關(guān)高頻低電導(dǎo)有源時，2.4.1簡單電介質(zhì)情況下的時域波動方程2.4.2簡單電介質(zhì)情況下的頻域波動方程2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束波動方程高頻低電導(dǎo)無源時導(dǎo)電介質(zhì)中無源波動方程

不可忽視緩變無源場>>

高頻低電導(dǎo)有源時高頻低電導(dǎo)無源時導(dǎo)電介質(zhì)中的無源波動方程緩變無源場2.4.1簡單電介質(zhì)情況下的時域波動方程2.4.2簡單電介質(zhì)情況下的頻域波動方程2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束波動方程平面波等相面（波前）是平面球面波等相面是球面柱面波等相面為圓柱形拋物面波復(fù)雜2.5.1光波的電磁表示2.5.2邊界條件及光在簡單電介質(zhì)界面上的反射和折射k波矢，r傳播方向距離2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束邊界連續(xù)條件

自由電荷面密度

自由電荷線密度2.5.1光波的電磁表示2.5.2邊界條件及光在簡單電介質(zhì)界面上的反射和折射2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束

s,Js

電荷面密度和面I密度，n法線方向，t切線方向，s,Js

為0，Dn,Ht在界面連續(xù)。高斯光束是波動方程一特解，非均勻波，許多方面類似平面波。強度分布不均勻，集中在傳播軸附近。等相面彎曲。等相面上光場振幅分布是非均勻高斯分布。特點（旁軸情況）非均勻高斯球面波傳播過程曲率中心不斷改變振幅分布在橫截面內(nèi)為高斯分布強度集中在軸線及附近等相面保持球面2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.6.1高斯光束2.6.2高斯光束的性質(zhì)振幅分布及光斑半徑，束腰半徑高斯光束的等相面瑞利距離遠場發(fā)射角高斯光束在任一z處，橫向振幅為高斯分布，光斑半徑隨z坐標變化；光斑半徑：場振幅以高斯函數(shù)形式從中心（傳播軸線）向外平滑減小。振幅減小到中心值1/e處r定義為光斑半徑。光斑半徑隨坐標z按雙曲線規(guī)律擴展。z=0處(0)=0有最小值，束腰半徑。

2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.6.1高斯光束2.5.2高斯光束的性質(zhì)近軸，高斯光束等相面以R(z)為半徑球面

z=0，R(z)→∞，等相面在束腰處為平面，曲率半徑中心在無窮遠處z=±∞，R(z)→∞，等相面在無窮遠處為平面，曲率半徑中心在束腰處z=±z0，R(z)=2z0，達極小值z>>z0，R(z)→z，遠場處可將高斯光束近似為由z=0發(fā)出半徑為z球面波振幅分布及光斑半徑，束腰半徑高斯光束的等相面瑞利距離遠場發(fā)射角2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.6.1高斯光束2.5.2高斯光束的性質(zhì)|z|=z0時，，光斑從0增大到，這個范圍是瑞利范圍。從最小光斑處算起這個長度z0稱瑞利長度。z=±z0范圍為高斯光束準直距離，這個范圍內(nèi)高斯光束近似為平行。振幅分布及光斑半徑，束腰半徑高斯光束的等相面瑞利距離遠場發(fā)射角2.1光學基礎(chǔ)知識

2.2麥克斯韋方程2.3電解質(zhì)2.4波動方程2.5光波的表示與傳播特性2.6高斯光束2.6.1高斯光束2.5.2