1波动光学基础§1.1光的波动性质*§1.2光波的函数表述*§1.3光的偏振态§1.4实际光波与理想光波*§1.5光在介质界面的反射与折射第1章波动光学基础1.波动的实质2.波动的基本特征量3.波的类型4.纵波与横波5.光的波动性6.光波的电磁性质§1.1光的波动性质1波动光学基础波动：振动状态在空间的传播。波动的实质：能量以振动的方式在空间传播，使空间各点的物理状态呈现空间和时间上的周期性分布，但承担传播任务的物质本身并不随波移动。结论：具有时空双重周期性运动形式和能量的传输，是一切波动的基本特性。不具备这种特性的事物，不能成为严格意义下的波动。1波动光学基础1.1.1波动的实质波动产生的条件：存在一个能够由于外界的某种能量供给而产生（机械的或电磁的）振动的波源。1.1光的波动性质振幅A(P)、相位f(P)、速度v；周期（时间）T、频率（时间）（或圆频率）；波长（空间周期）、波数k（空间圆频率）。各量间相互关系：注意：②波动的传播速度有相速度和群速度之分。基本特征量：①波动的频率（或时间周期）仅仅与振源有关，而波长（即空间周期）不仅与振源的振动频率有关，而且与介质有关。1波动光学基础1.1.2波动的基本特征量1.1光的波动性质波面：波场中振动相位相同的点的轨迹(1)波面与波线波线：表示波动能量传播的几何径迹特征：一般波面表现为空间三维曲面族①各向同性介质中，波线为与波面处处正交的三维曲线族；②各向异性介质中，波线一般不与波面正交。1波动光学基础1.1.3波的类型1.1光的波动性质•e图1.1-2发散球面波的波面k,r图1.1-1平面波的波面k等相面与等幅面y,zx图1.1-3发散柱面波的波面S'SrkP(2)平面波、球面波与柱面波平面波——波面为平面，球面波——波面为球面，柱面波——波面为圆柱面。1波动光学基础1.1光的波动性质平面波对应于无限远处理想点源发出的波；球面波对应于有限远处理想点源发出的波；柱面波对应无限长线波源发出的波；平面波是波面曲率半径趋于无限大时的球面波或柱面波。讨论球面波和平面波问题具有普遍意义；①任何一个波源，都可以看成是由若干点波源组成的集合；②构成任何复杂波面的基元是球面波或平面波。说明：特征：1.1光波的性质1波动光学基础1.1.3波的类型标量波：空间各点的扰动不具有方向性的波场，如密度波、温度波等；矢量波：空间各点的扰动具有方向性的波场，如电磁波、水波等；说明：一般情况下，矢量波要用矢量场理论描述.当矢量波场中各点的扰动具有同一方向时，可将其简化为标量波处理。处理矢量波场时,可以将其分解为方向不变的正交分量,便可使用标量波理论处理。1.1光的波动性质1波动光学基础1.1.3波的类型(3)标量波与矢量波(4)定态波场定态波场——满足下列两个条件的波场：1.1.3波的类型1波动光学基础1.1光的波动性质①空间各点的扰动是与波源同频率的简谐振动；②空间各点扰动的振幅形成稳定的空间分布而不随时间变化。说明：理想定态波场为无源场（简谐波场），在时间上无始无终.实际波源发出的波场并不是严格意义上的定态波场，当波源发出的波列的持续时间远大于波的振动周期时，才可以将其近似看作定态波场。(1)纵波及其特点振动方向与传播方向相同，振动状态相对于传播方向具有轴对称性。图1.1-6纵波的传播特征传播方向振动方向图1.1-7横波的传播特征传播方向振动方向(2)横波及其特点振动方向与传播方向正交，振动状态相对于传播方向不具有轴对称性。(3)偏振振动方向垂直于传播方向的振动状态的规律性现象。1波动光学基础1.1.4纵波与横波1.1光的波动性质光具有波动的一切特征：如频率、波长、速度、振幅、相位等，而且能在真空中传播。1.1.6光波的电磁性质①光波和电磁波都可在真空中传播，且传播速度与电磁波相同；②介质对光波以及电磁波的折射特性同样起因于介质的介电性质；③光波具有偏振性质，是一种横波，而电磁波的电场强度矢量及磁场强度矢量均正交于传播方向，表明电磁波也是一种横波，具有偏振性质；④用电磁场理论对光的各种偏振现象所作的理论解释均与实验观察结果相符合。1波动光学基础1.1.5光的波动性1.1光的波动性质光波是电磁波中的一部分nm760390Hz107.79.3147...
