第31講-物理光學第一、六章復習

1、物理光學OpticalPhysics講解人：: j：Voice:68913790理工大學光電學院總復&6章第一章 光波的基本性質1.掌握以下基本概念：波動，簡諧波，波函數，復振幅，光波的位相及初位相，波面（等相面），平面波，球面波,布儒定律.2、平面電磁波的性質矢量波；橫波性質：K E kvB電場和磁場的關系: E vB ；電磁波的能量： S 1 E B 。掌握以下關系電磁波的特性參數：1.11cVV ， c 3108 m / s ， n 00c 真空中空間周期0 ，時間頻率 ，速度 c 的關系： 2.0速度 c 的關系： V 介質中空間周期 ，時間頻率 ，對可見光： 0.4 0.7m, 7.

2、51014 4.31014 Hz 從真空進入介質:0 c V n3.從 n 介質進入 n 介質： 1 V1 C V2 n212VC Vn22113.一維簡諧波的波函數，空間參量和時間參量,兩者之間的關系E z, t E0空間參數:exp j kz t 0 f 1 , k 2,T , 1 , 2 2時間參數:TTT , V , kV二者關系:V4.波面,三維簡諧平面波E r, t E0 exp j k r t 0 等相面方程k r c (常數)三維簡諧平面波在二維平面上的波函數及復振幅分布E x, y, t E0 exp j 2 fx x f y y 2 t 0 E x, y E0 exp j

3、2 fx x f y y 0 cos cos 空間頻率： ffxyycos KxOcosZ5. 簡諧球面波E(r, t) E0cos(kr t )0rE(r, t) E0exp j(kr t )或0rE(r) E0exp j(kr 復振幅:)0r當K 2 時,對應發(fā)散球面波當K 2 時,對應會聚球面波 x, y （意義）exp jkz exp j k x x2 E0E x, y 2 y y000z2z00z0 0 :發(fā)散球面波,z0 0 :會聚球面波6.折、反射定律給出了Er , Et , Ei公式方向之間的關系。公式描述了Er , Et , Ei 振幅、位相間的定量關系。2n1 cosi E

4、tos n1 cosi n2 cost Eros iostr sn cos n cosEsn cos n cosEios1i2t1i2t2n1 cosi Etopn2 cosi n1 costEtroprpn cos n cosEn cos n cospEiop2i1t2i1tiop（1）光波從光疏介質射向光密介質，反射波和透射對于入射波的變化；特定理和特角.反射 相躍變.對于入射波的位n1 n2 時,(2)特定律依然成立;但 S 分量反射光不存在位相躍變。掌握全反射的性質，全反射臨界角的定義。思考題1.振動?波動?如何描述光波的波動?2. 什么叫橫波?如何證明或推理說明光波是橫波?3.波面?

5、平面波?球面波?思考題4. 一維簡諧波包含那些空間參量和時間參量?兩種參量之間的關系是什么?5.三維簡諧平面波的空間頻率? 它K的關系是什么?和思考題6.光波從一種媒質進入另一種媒質,在兩種媒質界面處會發(fā)生那些變化?7. 什么叫特定理?特角?該定理在那些方面得到了應用?8. 什么光的全反射?發(fā)生全反射的條件是什么?全反射應用?第六章光的偏振和晶體光學基礎EkB1.掌握以下基本概念晶體光軸、單軸晶體、雙軸晶體主平面、D振動方向、D方向（K）尋常光（o光）振動方向垂直于主平面異常光（e光）振動方向平行于主平面線偏器的偏振度和消光比定律自然光， 偏振光， 部分偏振光，線偏振光, 光學各向異性，波片2

6、.各種偏振態(tài)的具體描述(1)利用D 矢量的分量表達式，DDy)0 Dycos(kz t y )00當Dy0Dx 和 y 0取x00不同值時,具有不同的偏振態(tài).取不同值時D的振動圖23440 3 4 4 2偏振光的Jones矩陣2 DxD2 D1 e jx00 2D正橢圓偏振光： je2 0 x0y0Dy0 D2 12 Dx0jDy e jx2D0 xy2000 DyD 1 2 e jx0Dx002 j圓偏振光： 02線偏振光： 0 或 Dxcos sin 022DjxD eD e jx00 x0y00Dy022DDx0y0 22 的取值范圍：3. 晶體的光學性質一束偏振光進入單軸晶體，將分解為

7、一對正交的本征振動 D1, D2 ，全面描述o 光和e 光的性質。單軸晶體的光學性質小結在各向同性媒質中，線偏振波的 D 可取垂直于 K 的任何方向。但在單軸晶體中，D 只能取兩個“本征 D 方向”或“本征偏振方向”，即 D1 , D2 方向。這兩個方向的折射率 n1 和n2 稱為本征折射率。在晶體中,只有作為本征態(tài)的線偏振光可以以固定的偏振態(tài)。（3） 平面波從各向同性媒質射向各向異性媒質（晶體），反射光 Dr 為尋常光，折射率n0 ，符合反射定律。在一般情況下（晶體光軸與折射光光包含兩個本征態(tài)線偏光 Dt1和Dt 2 。方向不平行）：折射Dt1 是尋常光，折射率n0 ，方向 Kt1 符合折射

8、定律，振動垂直于主平面，且 Dt1Et1, Kt1S1 。是異常光，折射率n2 隨 Ki 在ne 和n0 之間變化，不符合折Dt 2 S2 ，所以只 Et 2或Kt 2射定律， Dt 2 振動在主平面內， Dt 2有 D 是橫波。（4）特例 1光軸 C 平行于界面，Ki 正入射，折射光仍然包含兩個本征態(tài)線偏光 Dt1和Dt 2 。只不過方向相同（ Kt1Kt 2），且KtS ， DtEt 。但 Dt1和Dt 2 折射率不同。對正單軸晶體，Dt1 折射率n0 （極小值）， Dt 2 折射率ne （極大值）。如果在晶體中距離 d ， 則對兩本征值D引入相位差= 2 d nn ) 。eodKiCD1

9、D2KiD1D2dC（5）特例 2Kt光軸 C 垂直于界面，Ki 正入射。不產生雙折射，Ki 對應無數多個 D。類似于在各向同性媒質中。（但對石英晶體之類旋光物質，會產生旋光現象）。4.線偏器的性質及偏振光檢驗(Malus)定律圖中 OP 表示入射光振動方向，OA 表示元件的主方向，兩者的夾角為 。如果分別用 I P 和 I A 表示入射光和透射光的光強，則定律想的線偏器有：，對于理I A IP cos 2（1）線偏器對入射光強的調制作用（應用定理）P1P2P3P4波片對偏振光的作用波片的概念d基本功能是：在已知的兩個正交本征偏振方向上，為入射的偏振光引入特定的附加位相差。d如波片材料的尋常和

10、異常折射率分別為no 和ne ，厚度為 d，則尋常光和異常光的光程分別為：L dn， Le dnen光程差L 為： L Ln引入的附加位相差 為：2 d k L k d 00eo0幾種常用的單塊式波片d /4 波片：(QWP) 1 L d n , N oe042 /2 波片：（HWP） 1 L d n , Noe02全波片：(WP)L d ne no N0 2N波片的“快軸”和“慢軸”方向1.波片有兩個特殊方向,一個是光軸方向(即 e 光振動方向);另一個垂直光軸的方向(即 o 光振動方向)。 是指這兩個方向的位相差。.2. 波片上應標注“快軸”(u)或“慢軸”(v)方向，并且規(guī)定：當把 移至

11、(- , )區(qū)間內后，慢軸方向的位相延遲比與其垂直的快軸方向延遲多 。這樣，波片上只需標注一個方向(u or v)，和一個的符號(如“ ”或“ ”)就可以知道哪一個方向受到了代表 24較多的位相延遲。波片的“快軸”和“慢軸”方向yU yV xV xU eeOzOz正單： n0 ne ，負單： n0 ne石英no 1.5442, ne 1.5533n0 1.6584, ne 1.4864分析波片對不同偏振態(tài)光波的作用線偏光自然光橢偏光QdC6.橢圓偏振光(包括園偏光）產生的途徑分析橢圓偏振光的復振幅表達式：1 DD Dexp j0y 0e j e j0 x0Dy 0 Dy 0y 0 x0其中：

12、D2D2Iyx00, t 由兩個振動方向正交的線偏光分量組成，兩表明橢圓偏振光分量的振幅分別為 Dx0 和 Dy 0 ,初相位分別為x0 和 y 0 。產生橢圓偏振 , t ，只要求兩個分量的振幅比等，位相差等于 即可。光于/產生指定偏振態(tài)的橢圓偏振光，需要兩個步驟：第一步：利用線偏器將自然光轉化成在給定坐標系(x,y)中有特定偏振方向角 的線偏光，目的（1），保證該線偏光的振幅比為 Dy0 / Dx0 ，為此需有： tan1 D/ Dy0 x0（2）保證兩個線偏振分量具有固定位相差(0 或 )第二步：讓上述線偏光經歷一個各向異性過程,使其x、y 分量之間產生一個位相差 ，從而獲得具有指定偏振態(tài)的橢圓偏振光。這就需要使用波片。方法：采用1/4波片和檢偏器(yser)的方法步驟：1）首先用檢偏器