OPTICS光學(xué)國家“十一五”規(guī)劃教材第二章第二章波動光學(xué)通論第二章波動光學(xué)通論

在具體分析波的干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象之前，本章集中討論波動光學(xué)的一些基礎(chǔ)性概念及原理。首先介紹波的有關(guān)概念及數(shù)學(xué)描述，其重點是波的時空周期性及復(fù)振幅概念；其次討論波的疊加原理及各種典型的疊加過程，并由此引入光的干涉概念及光的偏振概念；作為波的疊加的逆運算，對波的分解亦作簡單介紹，從中可得出波在時域和空域中的反比關(guān)系；最后對波在兩種介質(zhì)的界面上的反射和折射的有關(guān)問題進行較細致的觀察與分析。2-1-1/12第二章波動光學(xué)通論2.1波的概念與光的電磁理論基礎(chǔ)2.2

波的數(shù)學(xué)描述2.3

波的疊加2.4

光的偏振態(tài)2.5

波的傅里葉分析及時空域中的反比關(guān)系2.6

波在兩種各向同性介質(zhì)界面的反射與折射2-1-2/122.1.1波的基本概念2.1.1

波的基本概念波、波源、波場

矢量：位移、E,H,…..矢量波振動量

標(biāo)量：密度(聲波)….標(biāo)量波單色簡諧波：空間各點物理量都做同樣頻率的簡諧運動.能流密度矢量(Poynting矢量)：能流大小及方向單位時間單位垂直截面面積通過的能量（極限概念),

J/s·m2,W/m2平均能流密度矢量：周期函數(shù)，T可取一個周期§2.1

波的概念及光的電磁理論基礎(chǔ)2-1-3/122.1.2

光的電磁理論基礎(chǔ)

一、電磁場的波動方程1．波動方程及其解波動方程一維(z)通解C1,C2

任意常數(shù)g為任意函數(shù)，g1:以v

向z正向傳播的波；

g2:以v

向z負向傳播的波.2.1.1波的基本概念2-1-4/12Maxwell方程組因任意波可看作簡諧波的疊加，取平面簡諧波特解方便E0，振幅矢量k，傳播數(shù)

,角頻率kz-

t，相位

H同理.故波動方程預(yù)言了電磁波的存在，而且具體給出了波速v

的表達式.

2.1.1波的基本概念2-1-5/12v,波速

，頻率l,波長媒質(zhì)

r，相對磁導(dǎo)率，

r，相對電容率，2．波速

2.1.1波的基本概念光學(xué)波段2-1-6/12波速v3．光是橫波E、H、S依次組成

正交右手系且E、H同相4．單色光：λ，

為定值；

非單色光：有一定光譜展寬，Δλ，Δ

；

準(zhǔn)單色光：2.1.1波的基本概念S2-1-7/12二、光的檢測與光強1．光矢量E光與物質(zhì)相互作用過程中電場起主要作用說明：E、B

對電子的作用（設(shè)B與電子運動方向垂直）,

B

vEBvFBFE2.1.1波的基本概念電場力磁場力2-1-8/12

光的周期T～10－14s；探測器的響應(yīng)時間

0

～10-9s；觀察時間

>>

0.

故一般探測到的是時間

中的平均效應(yīng)，即平均能流密度，稱為光強.2．光的檢測問題2.1.1波的基本概念2