中国科学技术大学：《光学 Optics》课程教学课件（PPT讲稿）Chapter 2 波动光学基础 Wave Optics 2.1 光波

第二章波动光学基础

第二章 波动光学基础

波动光学的建立 ·1678年，Huygens提出光的波动学说。 。 1801年，T.Young在光通过双孔的实验中，首次 观察到了光的干涉现象。 ● 1808年，Malus观察到了光的偏振现象，说明光是 横波。 ·1817年，Fresnel/用波动理论分析光的衍射 1865年，Maxwell提出电磁波理论，断言光是电磁 波。 ·1887年，Hertz证实光是电磁波。 光的电磁波模型

波动光学的建立 • 1678年，Huygens提出光的波动学说。 • 1801年，T．Young在光通过双孔的实验中，首次 观察到了光的干涉现象。 • 1808年，Malus观察到了光的偏振现象，说明光是 横波。 • 1817年，Fresnel用波动理论分析光的衍射 • 1865年，Maxwell提出电磁波理论，断言光是电磁 波。 • 1887年，Hertz证实光是电磁波。 光的电磁波模型

光的“波动说”与“微粒说”之 争 1665年，Robert Hooke认为光是一种振动，发光体 的每一振动在介质中向各个方向传播。 1672年，Isaac Newton:提出假设，认为光是从光源 发出的一种物质微粒(Corpuscle)，在均匀媒质 中以一定的速度传播。 1678年，Huygens公开发表光的波动说 (Fluctuation)。 ·1801年，Young双缝干涉实验 ·1817年，Fresnelf衍射理论

光的“波动说”与“微粒说”之 争 • 1665年，Robert Hooke认为光是一种振动，发光体 的每一振动在介质中向各个方向传播。 • 1672年，Isaac Newton提出假设，认为光是从光源 发出的一种物质微粒（Corpuscle），在均匀媒质 中以一定的速度传播。 • 1678年，Huygens公开发表光的波动说 （Fluctuation）。 • 1801年，Young双缝干涉实验 • 1817年，Fresnel衍射理论

A(nm) v(Hz) E(kev) 婆 10 102 v射线 颦 1021 。0” 0 10 10-3 1020 0 10* 10-2 1019 10 10-4 x射线 1018 102 1 1017 10 10 紫外光 1016 102 1015 州%》水☑ 10-1 1024 ☑ 1μn 103 一可见光 10-2 10 1013 红外光 10-3 105 1012 10-4 106 1011 10-5 107 1010 无线电波 10-6 108 短波 109 10- 109 0e 电视、调频波 10-8 100 10> 10-9 104 106 标准广播 10-10 102 105 10-1 1023 长波 1014 0

1 0 14 1 0 13 1 0 12 1 0 11 1 0 10 1 0 9 1 0 8 1 0 7 1 0 6 1 0 5 1 0 4 1 0 3 1 0 2 101 1 0 − 1 1 0 − 2 1 0 − 3 1 0 − 4 1 0 − 5 1 0 3 1 0 4 1 0 5 1 0 6 1 0 7 1 0 8 1 0 9 1 0 22 1 0 10 1 0 11 1 0 12 1 0 13 1 0 14 1 0 15 1 0 16 1 0 17 1 0 18 1 0 19 1 0 20 1 0 21 1 0 −11 1 0 −10 1 0 − 9 1 0 − 8 1 0 − 7 1 0 − 6 1 0 7 1 0 − 5 1 0 − 4 1 0 − 3 1 0 − 2 1 0 − 1 1 10 102 103 104 105 106 可见光 无线电波 红外光 紫外光 x射线 γ射线 短波 长波 电视、调频波 𝜆 (nm ) 𝜈 (Hz ) 标准广播 1 A∘ 1μm 1mm1m 1km波长 频率 光子能量 𝐸 (keV )

光波的波长范围 紫外光 可见光 红外光 50nm-400nm-760nm-100um 对红外光1um-10um-100um 近红外中红外远红外 对紫外光(UV),其波长较短的部分由于只能在真空 中传播，被称为真空紫外光(VUV)

光波的波长范围 紫外光 可见光 红外光 50nm-400nm-760nm-100μm 对红外光1μm-10μm-100μm 近红外 中红外 远红外 对紫外光(UV)，其波长较短的部分由于只能在真空 中传播，被称为真空紫外光（VUV）

2.1光波 ·定态光波及其数学描述 。 平面波和球面波 ·波的复振幅表达式 ·光程与相位 ·傍轴条件与远场条件

2.1 光波 • 定态光波及其数学描述 • 平面波和球面波 • 波的复振幅表达式 • 光程与相位 • 傍轴条件与远场条件

一、光波的性质 ·光是交变电磁波 ·波长~500nm,频率1014Hz 。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

• 光是交变电磁波 • 波长~500nm，频率~1014Hz • 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 一、光波的性质

光波场 ·是电场强度、磁感应强度的矢量场

光波场 • 是电场强度、磁感应强度的矢量场 𝐄 B

波的周期性 时间周期性：波场中任一点的物理量，随 。 时间做周期变化，具有时间上的周期性 时间周期：T；v=1/T:时间频率，单位时 间内变化（振动）的次数 E(t,xo) A八

波的周期性 • 时间周期性：波场中任一点的物理量，随 时间做周期变化，具有时间上的周期性 • 时间周期：T ；ν＝1/T：时间频率，单位时 间内变化（振动）的次数 𝑡 𝐄(𝑡, 𝑥0 ) 𝑇 0

空间周期性：某一时刻，波场物理量的分 布，随空间作周期性变化，具有空间上的 周期性 ·波长：空间周期： =1/:空间频率， 单位空间长度内物理量的变化次数，波数 E(to,x) MAA八 。波场具有空间、时间两重周期性

• 空间周期性：某一时刻，波场物理量的分 布，随空间作周期性变化，具有空间上的 周期性 • 波长λ：空间周期； ：空间频率， 单位空间长度内物理量的变化次数，波数 • 波场具有空间、时间两重周期性 𝜈෤ = 1/𝜆 𝑥 𝐄(𝑡0 ,𝑥) 𝜆 0