《光纤通信原理课件》第二章 光的性质

第二章光的性质 21,的电磁理论 22光的干涉 23光的衍射 24光的偏振 25光的吸收、色散和散射 26光的量子性 27激光

第二章 光的性质 2.1光的电磁理论 2.2光的干涉 2.3光的衍射 2.4光的偏振 2.5光的吸收、色散和散射 2.6光的量子性 2.7激光

2,1光的电戳理论 1波动基本方程 1865年麦克斯韦在总结前人实验的基础上, 得出麦克斯韦方程组,并预言电磁波的存在。 在无源空间可得到光在非磁性的、各向同性 的极化介质中传输的波动方程式 2亥姆霍兹方程 由麦克斯韦方程组的微分形式,可以推导真 空中亥姆霍兹方程

2.1 光的电磁理论 1 波动基本方程 1865年麦克斯韦在总结前人实验的基础上， 得出麦克斯韦方程组，并预言电磁波的存在。 在无源空间可得到光在非磁性的、各向同性 的极化介质中传输的波动方程式 2 亥姆霍兹方程 由麦克斯韦方程组的微分形式，可以推导真 空中亥姆霍兹方程

●3电磁波的性质 ●真空中的电磁波具有以下性质: ●(1)电磁波是横波 ●(2)E和H同位相 ●(3)和H幅值成正比 ●(4)电磁波的传播速度与光相同,表明光波也 是一种电磁波 ●(5)电磁场的能量和能流可以用能量密度和能 流密度来描述

⚫ 3 电磁波的性质 ⚫ 真空中的电磁波具有以下性质： ⚫ (1)电磁波是横波 ⚫ (2)E和H ⚫ (3)E和H ⚫ (4)电磁波的传播速度与光相同，表明光波也 是一种电磁波 ⚫ (5)电磁场的能量和能流可以用能量密度和能 流密度来描述

22光的干涉 1光的相干性 ●(1)光矢量 ●在光波中,产生感光作用与生理作用的 主要是电场强度E,所以电矢量E称为光 矢量

⚫ 1 光的相干性 ⚫ (1) 光矢量 ⚫ 在光波中，产生感光作用与生理作用的 主要是电场强度E，所以电矢量E称为光 矢量。 2.2 光的干涉

●(2)光的相干性 干涉现象是波动过程的基本特征之一。 由频率相同,振动方向相同,位相相同或 位相差保持恒定的两个相干波源所发出的 波是相干波,在两束相干波相遇的区域里 有些点振动始终加强,有些点的振动始终 减弱或完全抵消,即产生干涉现象。 光波也具有相干性

⚫ (2) ⚫ 干涉现象是波动过程的基本特征之一。 ⚫ 由频率相同，振动方向相同，位相相同或 位相差保持恒定的两个相干波源所发出的 波是相干波，在两束相干波相遇的区域里， 有些点振动始终加强，有些点的振动始终 减弱或完全抵消，即产生干涉现象。 ⚫ 光波也具有相干性

●(3)获得相干光的基本方法 般光源发出的光是不相干的,但是可 以采用下列两种方法来获得相干光: ●①分波阵面法 ②分振幅法

⚫ (3) 获得相干光的基本方法 ⚫ 一般光源发出的光是不相干的，但是可 以采用下列两种方法来获得相干光： ⚫ ① ⚫ ② 分振幅法

2杨氏双缝实验和洛埃镜实验 (1)杨氏双缝干涉 杨氏双缝实验是最早利用单一光源形成 两束相千光,从而获得干涉现象的典型 实验。它是利用分波阵面法获得的 (2)洛埃镜实验 洛埃镜实验不但显示了光的干涉现象, 而且还显示了当光由光疏媒质射到光密 媒质并在其表面反射时,反射光的位相 发生了变化

2 杨氏双缝实验和洛埃镜实验 (1) 杨氏双缝干涉 杨氏双缝实验是最早利用单一光源形成 两束相干光，从而获得干涉现象的典型 实验。它是利用分波阵面法获得的。 (2) 洛埃镜实验不但显示了光的干涉现象， 而且还显示了当光由光疏媒质射到光密 媒质并在其表面反射时，反射光的位相 发生了变化

●3薄膜干涉 (1)光程与光程差 ●折射率n与光波在该媒质中传播的几何路 程r的乘积nr叫做光程。 两束相干光在不同媒质中传播时,对干 涉加强(亮纹)和减弱暗纹条件起决定作 用是这两束光的光程差

⚫ 3 薄膜干涉 ⚫ (1) 光程与光程差 ⚫ 折射率n与光波在该媒质中传播的几何路 程r的乘积nr叫做光程。 ⚫ 两束相干光在不同媒质中传播时，对干 涉加强(亮纹)和减弱(暗纹)条件起决定作 用是这两束光的光程差

●(2)薄膜干涉 ●在日常生活中,常常看到水面上的油膜或肥皂 泡导在日光照射下出现美丽的花纹,这些都是 薄膜的干涉现象 薄膜干涉原理在实际中的应用非常广泛,例如 全反射膜、增透膜、干涉仪等都是利用薄膜干 涉现象制成的。 如果入射光垂直照射 满足8=2n2e+A/2=k入 k=1 ●●● 反射光的干涉加强。 满足δ=2n2e+M/2=(2k+1)M2k=1,2, 反射光的干涉减弱

⚫ (2) 薄膜干涉 ⚫ 在日常生活中，常常看到水面上的油膜或肥皂 泡导在日光照射下出现美丽的花纹，这些都是 薄膜的干涉现象。 ⚫ 薄膜干涉原理在实际中的应用非常广泛，例如 全反射膜、增透膜、干涉仪等都是利用薄膜干 涉现象制成的。 ⚫ 满足δ=2n2e+λ/2=kλ k=1,2, … ， 反射光的干涉加强。 ⚫ 满足δ=2n2e+λ/2=（2k+1）λ/2 k=1,2,…， ⚫ 反射光的干涉减弱

●(3)增透膜和增反膜 薄膜干涉原理在镀膜技术中的应用主要有两个方 面: 方面是利用薄膜反射时,使某些波长的光因干 涉而减弱,以增加透射光的强度,这种薄膜称为 增透膜; 另一方面是利用薄膜表面反射时,使某些波长的 光因干涉而加强,以减少透射光的强度,这种薄 膜称为增反膜

⚫ (3) 增透膜和增反膜 ⚫ 薄膜干涉原理在镀膜技术中的应用主要有两个方 面： ⚫ 一方面是利用薄膜反射时，使某些波长的光因干 涉而减弱，以增加透射光的强度，这种薄膜称为 增透膜； ⚫ 另一方面是利用薄膜表面反射时，使某些波长的 光因干涉而加强，以减少透射光的强度，这种薄 膜称为增反膜