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1、第一节 简谐波的数学描述第二节 波动方程和叠加原理第三节 傅立叶分析第四节 光波是电磁波第五节 光的偏振态,第二章 光波场的描述,波动的特征波，振动的传播。振动在空间的传播形成物理量在空间的分布，形成波场。波动的最基本特征是具有周期性。,光波场具有时间和空间两重周期性,波场中任一点：具有振动的周期性，即时间周期性，用振动的周期T描述。,任一时刻：波场具有空间分布的周期性，即物理量在空间作周期分布，用波长描述。,一.一维平面简谐波,单色平面波振幅与传播方向均不变,波函数：沿 z 轴正向传播的一维平面波,相位增大称为滞后 相位减小称为超前,可用,2-1 简谐波的数学描述,波面推移速度 相速(波速)
2、,=定值,时空周期性,时空量联系,光波场的复振幅描述,由于可以用复指数的实部或虚部表示余弦或正弦函数，所以可以用复数来描述光波的振动。,指数取正号,定态光波的频率都是相等的，可以不写在表达式中。定态部分，即与时间无关部分为,复振幅包含了振幅和位相，直接表示了定态光波在空间P点的振动，或者说复振幅表示了波在空间的分布情况。所以，凡是需要用振动描述的地方，都可以用复振幅代表。,光波场在r点的强度,传播(常)数,等相面：,二.三维平面简谐波,三维平面简谐波波函数,矢量表示,基本关系：,尽管各方向的空间频率不同沿波的传播方向波场的空间周期恒为。空间频率恒为。,结论：一组空间频率对应于沿一定方向传播的一
3、列单色平面波。,波函数用空间频率表示,考察方向与波传播方向夹角,解：,例2.1 真空中一波长为,振幅为 E0 平面波，其波矢方向在 x-z 平面内，且与z 轴夹角为。求波函数表达式及 xyz 方向的空间频率和空间周期。,沿Z轴正方向传播的平面波,沿Z轴负方向传播的平面波,三.球面波,发散球面波,方向沿径向背离球心S,假设离球心（光源）单位距离处的光强为，P点处光强，球面面积为,能量守恒：,平面波-球面波当 且所考察面积趋于零时的情形,考察场点与光源距离远大于光源线度球面波场考察波场区域远远小于r，考察区域为平面波场,会聚球面波,方向指向球心的球面波,2.5 光的偏振态,每一分子（原子）发光是随
4、机的、无规律的。振动面取各方向的几率相等，各波列间无相位关系。,自然光等效看作两个相互垂直的光振动。两个光振动具有相等的振幅（强度），两个光振动无固定相位关系。,“”：平行振动分量（p 分量）,“”：垂直振动分量（s 分量）,1、自然光：,2、部分偏振光：,光矢量在某一方向的振动强于垂直于该方向的振动。,3、线偏振光（平面偏振光、完全偏振光）：,光矢量的振动方向始终在一个平面内。,4、圆偏振光和椭圆偏振光：,若光矢量 E 随时间匀速旋转，其端点在垂直于传播方向的平面上的轨迹为圆，则称为圆偏振光；如果轨迹为椭圆，则称为椭圆偏振光。,圆（椭圆）偏振光可看成两个同频率、振动方向相互垂直、有固定相位差的线偏振光的合成。,圆偏振和自然光、椭圆偏振光和部分偏振光的区别在于：圆偏振光和椭圆偏振光相互垂直的两线偏振光是相位相关的；,椭圆偏振光沿长、短轴分解时，两振动相位差为/2；而圆偏振光沿任意相互垂直方向分解时，两振动相位差都是/2。,
