物理光学梁铨廷.ppt

由第一章第五节关于辐射能的讨论已知，相对光强度即辐射强度的平均值为 这个结果表明：椭圆偏振光的强度等于参与叠加的两个振动方向相互垂直的单色光波的强度之和。 2.3.4 椭圆偏振光的强度 第二章 光波的叠加与分析 2.3.5 利用全反射产生椭圆和圆偏振光 线偏振光全反射时，反射光中s波和p波之间有了一个位相差δ，两个波合成的结果使反射光成为椭圆偏振光。 对于玻璃-空气界面，n1=1.51,n2=1,则可以计算出，当 时，全反射后s波和p波的位相差δ=450 若在其中一个角度下，连续反射两次，则位相差为π/2. 菲涅尔菱体 此时，若入射线偏振光的振动方向与入射面成450，则全反射后s波与p波振幅相等，因而反射光为 圆偏光。 第二章 光波的叠加与分析 2.4 不同频率的两个单色光波的叠加 光学拍、相速度、群速度 沿同一方向传播 振动方向相同 振幅相等 频率相差很小 叠加时，将出现“拍”现象 两个单色光波 第二章 光波的叠加与分析 2.4.1 光学拍 两光波沿z方向传播，各自的波函数为 合振动 引入平均角频率 ，平均波数 引入调制角频率 ，调制波数 第二章 光波的叠加与分析 2.4.1 光学拍 令振幅 合成波可以看做为一个频率为 ，振幅受到调制的波。 第二章 光波的叠加与分析 由合成波的振幅可得到强度 合成波的强度在0~4a2之间变化。 这种强度时大时小的现象称为“拍” 2.4.1 光学拍 出现拍现象时的拍频等于2? m, 而?m= ?1-?2,为参与叠加的两光波的 频率之差，所以可通过观测光学拍现象来检测光波的微小频率差。 第二章 光波的叠加与分析 2.4.2 群速度和相速度 对于一个单一的单色光波，光速是指其等位相面的传播速度，称 为相速度。 对于两个单色波的合成波，光速包含两种传播速度： 等位相面的传播速度和等振幅面的传播速度， 分别称为相速度和群速度。 相速度（由等相面） 得 群速度（由等幅面） 得 很小时，得 第二章 光波的叠加与分析 2.4.2 群速度和相速度 群速度和相速度的关系： 由 得 当叠加的两光波在无色散介质中传播时， ，vg=v 当叠加的两光波在有色散介质中传播时， ，vg≠v vgv? vgv? 第二章 光波的叠加与分析 2.4.2 群速度和相速度 复杂波的群速度可以看作是振幅最大点的移动速度，波动携带的能量与振幅的平方成正比，所以群速度可以认为是光能量或光信号的传播速度。 通常利用光脉冲（光信号）进行光速测量时测量到的是光脉冲的传播速度，即群速度而不是相速度。 第二章 光波的叠加与分析 2.5 光波的分析 一个复杂的光波分解为几个简单的单色光波的组合。 本节应用傅立叶分析法对复杂波进行分析，分为周期性复杂波和非周期性复杂波。 第二章 光波的叠加与分析 对周期性波的分析可以应用数学上的傅里叶级数定理。 具有空间周期?的函数f(x)可以表示为一组空间周期为?的整分数倍的简谐函数之和，即 2.5.1 周期性波的分析 式中，a0，a1，a2等为待定常数，k为简谐波的空间角频率 第二章 光波的叠加与分析 2.5.1 周期性波的分析 由 定义 得 （1） （2） 傅里叶级数 A0,An,Bn:傅里叶系数 第二章 光波的叠加与分析 2.5.1 周期性波的分析 f(z)代表的沿z轴传播的、空间角频率为k的周期性复杂波可以分解为若干个振幅不等且空间角频率分别为k,2k,3k, ··· 的单色波。 当给定一个复杂的周期波时，只要定出各个分波的振幅A0,An,Bn, 便可以将复杂波分解为一系列简谐分波。 第二章 光波的叠加与分析 2.5.1 周期性波的分析 例：如图一矩形波，空间周期为λ， 一个周期内的波函数为 对其进行傅里叶分析 该波的傅里叶级数为： 第二章 光波的叠加与分析 * 两个或多个光波在空间相遇时产生光的叠加。 任意光波之间的叠加结果是很复杂的，本章仅限于讨论频率相同或频率差很小的单色光波的叠加问题，而实际光波可以理解为一组由余弦函数表示的单色波的合成。 波的叠加原理：几个光波在空间一点相遇时，相遇点处的合振动是各个波单独产生的振动的矢量和。