波动光学课件第一章.ppt

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2018-04-16 发布于广东
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第一章光波的基本性质则第二介质中的折射波（倏逝波）的波函数可以表示为： (1.107) 倏逝波的位相项为：（2）倏逝波的性质可以看到，它仍然有行波的特点，其位相分布仅与x坐标轴有关，等位相面垂直于x轴，且沿x轴传播。第一章光波的基本性质倏逝波的波长相速度可以证明，倏逝波一般不再是横波。倏逝波的振幅项为倏逝波的振幅随z的增大而按指数函数衰减，等幅面与介质的界面平行。 (1.108) (1.109) (1.110) 第一章光波的基本性质进一步的研究表明，发生全反射时，光由第一个介质进入第二个介质的能量人口处和返回能量的出口处，相隔约半个波长，即如图所示，存在一个横向位移，此位移通常称为古斯一哈思斯(Goos—Hanchen)位移。第一章光波的基本性质 3.全反射的应用从理论上来说，全反射时，光能能够全部反射回介质，而没有损失。（1）光导纤维光纤中的传光原理，基于全反射现象。  光纤是如图所示的圆柱形光波导，其纤芯的折射率n1大于包层的折射率n2。当光线由端面进入纤芯，并以一定的入射角射到界面上时，如果入射角大于临界角，光线将全反射回到纤芯中，并在纤芯中继续不断地全反射，直至从另一端折射输出。第一章光波的基本性质根据全反射的要求，对于光纤端面上光线的入射角，存在一个最大值，它可根据全反射条件，由临界角关系求出： (1.111) 第一章光波的基本性质当光线在端面上的入射角大于临界角时，光线在包层-纤芯界面上将不满足全反射条件，光线将透过界面进入包层中，并向周围空间产生辐射损耗，即产生能量的损耗。此时，光纤将不能够有效地传递光能。通常将n0sinφm称为光纤的数值孔径（NA）。数值孔径表示式为式中称为纤芯和包层的相对折射率差，一般光纤的Δ值为0.01~0.05。第一章光波的基本性质（2）倏逝波的应用倏逝波透入第二介质中深度的变化所带来的对介质1中全反射效应的影响，称为受抑全反射效应。图所示装置就是通过d的变化来控制V1和V2接收到的光强。反之，若测出透射和反射的两路光的光强．也可以求取微小位移d。第一章光波的基本性质（3）反射波位相变化的应用利用全反射时的相位变化特性，选取适当的折射率n和入射角可以得到特定的相位差，从而改变入射光的偏振状态。据此原理设计的菲涅耳棱体有类似于波片的功能，且能在调谐范围内消色差，因此在激光光谱学中得到应用。第一章光波的基本性质图a中，选取入射角＝48°37′或54°37′，经两次全反射，产生π／2的相位变化，当入射光是线偏振光时，反射光一般为椭圆偏振光；苦取入射光方位为45°，则出射光将是圆偏娠光。这里棱镜起着改变入射光偏振态的作用，相当于一块1／4波片。第一章光波的基本性质图b所示由两块棱体组成，能产生π的位相变化，起到旋转入射光振动面的作用。 ①振幅变化关系垂直入射时，存在反射波和折射波。 θi=90o时，透射系数为0，而反射系数为1，说明此时没有折射波。 θi=θB时（θB满足θB+θt=90o），反射波中没有p波，只有s波，此时光矢量只沿一个方向振动，这就是偏振。折射波：不论是s分量还是p分量，其振幅都随入射角的增大而减小；反射波：s分量的振幅都随入射角的增大而增大；p分量的振幅与θB有关，当入射角小于θB时，它是减小的，到达θB时，达到最小值0，而当入射角大于θB时，振幅是递增的，直到达到最大值1。第一章光波的基本性质垂直入射可以用来近似计算入射角小于10°的反射系数和折射系数。第一章光波的基本性质 (1.80) (1.81) ②偏振特性和布儒斯特定律由菲涅耳公式可知，通常，rs≠rp，ts≠tp，因此，反射光和折射光的偏振状态相对入射光发生变化。即使入射光是线偏振光，其反射光和折射光的振动方向也会发生变化。  第一章光波的基本性质偏振度P 在部分偏振光的总强度IA中，完全偏振光I L所占的比例 (1.82) 还可以表示为：式中，I M和I m分别代表两个正交方向上所对应的最大和最小光强。显然，对于完全偏振光，P=1，对于完全非偏振光即自然光，P=0。在0和1之间的P值表示部分偏振光。P的值越接近于1，光的偏振度越高。第一章光波的基本性质 (1.83) 反射光的偏振度为：（s分量和p分量是正交的） (1.84) 将菲涅尔公式代入，并利用自然光的s分量和p分量的光强度相等,则在自然光入射时：折射光的偏振度为：第一章光波的基本性质 (1.85) (1.86