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波动光学基本原理(一)(理论学习者必看)

2021-12-28 11:54| 发布者:Davis| 查看:770| 评论:0|原作者: 光电资讯

摘要:本文介绍了波动光学的基本原理:定态光波和复振幅描述。通过阐述光波场的特性、定态标量波的数学描述以及复振幅描述,帮助读者更好地理解光学原理。此外,文章还介绍了光研科技南京有限公司近期开展的ZEMAX线上视频公开课和光学设计线下课程,以便读者更全面地了解光学学习的机会。

近期光电资讯将为大家整理一些关于波动光学的基本原理,今天跟大家带来的是“定态光波和复振幅描述”!希望各位光学人和学习光学专业的同学们好好学习一下!

波动概述
振动在空间的传播 → 振动场
基本特点: 
波场中每点的物理状态随时间作周期性的变化,而在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--时空双重周期性
分类: 
标量波:温度、密度、……矢量波:电磁波、……张量波:固体中的声波、地震波……
几何描述:

电磁波谱

光波场的特性

波的周期性

光波场的特性
光是交变电磁波,波长~500nm,频率~1014Hz
发射源是微观客体,具有独立、随机的特性。
从传播的角度看,是波动,是振动的传播:用速度、方向、振幅等参数描述 
从物理量分布的角度看,是交变的空间场:用电场强度、磁场强度等物理量描述 
时间、空间是描述波的重要参量

定态光波的概念

定态光波的定义

(1)空间各点的扰动是同频率的简谐振动; 

(2)波场中各点扰动的振幅不随时间变化,在空间形成一个稳定的振幅分布。发光波列的特点独立、随机发光t一次发光时间(一个波列):10 -8 s,包含106个周期。 

持续时间远大于震动周期,因此可看做定态波场 

严格满足上述要求的光波应当充满全空间,是无限长的单色波列。

但当波列的持续时间比其扰动周期长得多时,可将其当作无限长波列处理。

任何复杂的非单色波都可以分解为一系列单色波的叠加;
简谐波(正弦波)是一种最简单的定态光波,但是定态光波不一定是简谐波,其空间各点的振幅可以不同,只需稳定即可。

定态标量波的数学描述:

电磁波都是矢量波,应该用矢量表达式描述。但对符合上述条件的定态光波,通常用标量表达式描述。

波矢的方向角表示:

波矢的方向角表示:

平面波波函数特点:

球面波波函数特点:

相位的超前与滞后

球面波举例:

球面波举例—轴外

发散或汇聚的球面波:

复振幅描述
用复指数的实部或虚部表示余弦或正弦函数,用复数来描述光波的振动。

平面波和球面波的复振幅描述

以上就是跟大家整理的关于波动光学基本原理的第一部分,近期我们将会为大家带来第二部分的内容,敬请期待!


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