光波的基本性质(中科大光学)

光波的基本性质总结一、熟悉下述基本概念：、熟悉下述基本概念：有关本章的概念都是定义问题，注意理解。

振动，波动，标量波与矢量波，纵波与横波，简谐波，波矢，波函数，复振幅，光波的位相及初位相，波面（等相面），平面波，球面波.复振幅光波的位相及初位相波面（等相面）平面波球面波1.波面——任意时刻振动状态相同的点所组成的面。

平面波、球面波3.简谐波——波函数是余弦或正弦函数表达的单色波4.波矢——方向代表波面的法线方向，大小代表单位长度波相位的变化量5.复振幅的空间频率——描述光场在垂直传播方向的平面上复振幅的空间周期性6.相速度——等相位（振幅）面的传播速度7.光的各种偏振态线、圆、椭圆、自然——三、知识点串讲•——麦克斯韦方程组和波动微光的电磁理论基础分方程•光波的数学描述——光波的波函数•平面电磁波的性质•电磁波在媒质界面上的反射和折射维简波的复指数式复光波的数学描述•一维简谐平面波的复指数形式和复振幅([)](exp[),(00k t kz j E t z E ϕω+−=exp()exp()](exp[00t z E t j kz j E ωωϕ−=−+=)p()(j )](exp[)(00ϕ+=kz j E z E•光波的数学描述三维简谐平面波–波面的定义——等位相面–波函数和复振幅exp[()]E r t E k r k t νϕ=⋅−+v v v 0000(,)p[exp[()]x y z j E j k x k y k z k t νϕ=++−+v v v0000()exp[()]exp[2()]x y z E r E j k r E j f x f y f z ϕπϕ=⋅+=+++[200(,,)exp[2()],)exp[2()]x y E x y t E j f x f y k t E x E j f x f y πνϕπϕ=+−+=++00(p[x y y•反射波和折射波性质电磁波在媒质界面上的折射和反射–振幅变化规律；布儒斯特定律和偏振性质；位相变化规律；反射率和透射率。

第一章 光的干涉本章主要介绍光波的基本类型和一些传播特性（平面光波在各向同性均匀介质分界面上的反射和折射），这些内容是物理光学的基本内容之一，是学习以后各章节的基础。

重点知识：光波的主要类型及其数学表达式；平面光波在各项同性均匀介质分界面上的反射和折射特性。

1.1 光的波动理论一 光波与电磁波光是电磁波，这是我们所熟悉的结论，或者说，光是电磁辐射频谱的一段。

光波包括红外光、可见光和紫外光。

可见光的波长约在400—760nm 的一段电磁辐射。

光在真空中的传播速度s m c /299792458=。

既然光是电磁波，因此光的所有物理量和物理行为都应遵行电磁理论。

光扰动（光振动） 光波的电场强度E 与磁感应强度B的变化由于光与物质相互作用过程中电场起主要作用，因此将电场强度（电矢量）称作光矢量，本书所讨论的光振动未特别说明均理解为随时间和空间变化的光矢量。

A. 根据光振动在空间的分布，按波面形状可分为平面波、球面波、柱面波等；按频率则可分为单色光、准单色光和多色光。

若没有特别说明，所讨论的对象都按单色光来处理。

B. 光波属于横波，光矢量与光波传播方向垂直。

因此完全描述光波，还必须指明光场中任一点、任一时刻光矢量的方向，因此光波是一种矢量波。

（光的偏振现象就是光的矢量性质的表现）C. 当光的波长λ趋近于零或忽略不计时，以及在折射率不变或者变化缓慢的介质空间中，可以将光波看作是光线。

D. 电磁场的理论分析：场矢量的每个直角分量()t r f ,， 麦克斯韦方程组：tD J H ort E J B B t B E D orE ∂∂+=⨯∇∂∂+=⨯∇=∙∇∂∂-=⨯∇=∙∇=∙∇μεμρερ0反映介质的电磁性质的物质方程：EJ H H B E E D r r σμμμεεε=====00电磁场的能流密度，即Poynting 矢量为：H E S⨯=二 亥姆霍兹方程及其平面波和球面波解利用()()A A A2∇-∙∇⨯∇=⨯∇⨯∇可以推得电磁波在介质（无电荷、无传导电流）所要满足的波动方程：00222222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∇=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∇E t B t μεμε式中2∇称为拉普拉斯算符，在直角坐标系中的表达为2222222z y x ∂∂+∂∂+∂∂=∇。

物理光学(2-1)光波具体形式和基本性质华中科技大学光电学院王英第二章光波与介质的基本性质一．平面波二．球面波和柱面波三．折射率四．平面波的叠加五．平面波在两介质界面上的反射和折射六．平面波在金属界面上的反射和透射七．电偶极子辐射八．光的散射2.1 平面波一维波动方程的解ˆ(,)x xEz t =E 平面波是最基本的波动形式最简单形式的平面波：一维平面波\E y =E z =0，沿z轴传播2222x x E E ztεμ∂∂−=∂∂()0cos()ˆ,E =−E kz t z t xω标量波和矢量波矢量波：E(D)、B(H)振动方向随空间和时间变化，是矢量波；标量波：各向均匀介质中的线偏振光、各向均匀介质中的分解为xyz光2.1.1 平面波的表达1、一维波动方程的平面波解只要平面简谐波就是一维波动方程的解。

()0(,)cos()ˆˆ,x E z t E kz t z t xx ω==−E 22∇+=E E εμω0)cos()(022=−+−t kz E k ωεμω22k k vω=εμω=E 0是电振动振幅;：余弦项的宗量称为位相，它决定平面波在传播轴上各点的振动的状态时间相位:ωt 变化2π所经历的时间称为周期，以T 表示。

而一秒内相位变化2π的次数称为频率，以f 表示。

由ωT=2π得空间相位kz 变化2π所经过的距离称为波长，以λ表示。

按此定义有kλ=2π，所以[]kz t ω−0(,)cos[)]E z t xE kz t ω=−πω21==T f kπλ2=时间角频率：空间角频率（波矢量）k，其大小(通常称波数)：T为时间周期：波长λ为空间周期: 0/pf c n v λ⋅==122==f Tωππλπ2=k 1f T =时间⎯空间频率、角频率、周期间的关系平面波传播速度随介质而异；频率与介质无关；频率角频率λT周期空间时间参量1f T =λ12fω=πλπ2=k again平面波的速度：等振幅面传播速度波阵面= 等振幅面（等相位面）是一个平面。

光波的基本性质总结一、熟悉下述基本概念：、熟悉下述基本概念：有关本章的概念都是定义问题，注意理解。

振动，波动，标量波与矢量波，纵波与横波，简谐波，波矢，波函数，复振幅，光波的位相及初位相，波面（等相面），平面波，球面波.复振幅光波的位相及初位相波面（等相面）平面波球面波1.波面——任意时刻振动状态相同的点所组成的面。

平面波、球面波3.简谐波——波函数是余弦或正弦函数表达的单色波4.波矢——方向代表波面的法线方向，大小代表单位长度波相位的变化量5.复振幅的空间频率——描述光场在垂直传播方向的平面上复振幅的空间周期性6.相速度——等相位（振幅）面的传播速度7.光的各种偏振态线、圆、椭圆、自然——三、知识点串讲•——麦克斯韦方程组和波动微光的电磁理论基础分方程•光波的数学描述——光波的波函数•平面电磁波的性质•电磁波在媒质界面上的反射和折射维简波的复指数式复光波的数学描述•一维简谐平面波的复指数形式和复振幅([)](exp[),(00k t kz j E t z E ϕω+−=exp()exp()](exp[00t z E t j kz j E ωωϕ−=−+=)p()(j )](exp[)(00ϕ+=kz j E z E•光波的数学描述三维简谐平面波–波面的定义——等位相面–波函数和复振幅exp[()]E r t E k r k t νϕ=⋅−+v v v 0000(,)p[exp[()]x y z j E j k x k y k z k t νϕ=++−+v v v0000()exp[()]exp[2()]x y z E r E j k r E j f x f y f z ϕπϕ=⋅+=+++[200(,,)exp[2()],)exp[2()]x y E x y t E j f x f y k t E x E j f x f y πνϕπϕ=+−+=++00(p[x y y•反射波和折射波性质电磁波在媒质界面上的折射和反射–振幅变化规律；布儒斯特定律和偏振性质；位相变化规律；反射率和透射率。

光学光学知识点总结一、光的基本特性1. 光的波动性光是一种电磁波，具有波动性质。

光的波长和频率决定了光的颜色，波长越长的光，频率越低，颜色越红；波长越短的光，频率越高，颜色越蓝。

光的波动性可以解释光的干涉、衍射和偏振现象。

2. 光的粒子性光也具有粒子性质，即光子的概念。

光子是光的能量微粒，具有动量和能量，可以解释光的光电效应和康普顿散射等现象。

3. 光速不变原理光速不变原理是相对论的基本原理之一，指出在真空中，光的速度是一个恒定值，约为3×10^8米/秒，与光的波长、频率和光的源头的运动状态无关。

4. 光的反射和折射光线遇到边界时，会发生反射和折射。

反射是光线从一个介质到另一个介质时，在界面上发生反弹的现象；折射是光线从一个介质到另一个介质时，改变传播方向的现象。

二、光的传播1. 光的传播方式光在空气、真空和透明介质中传播时，有直线传播和曲线传播两种方式。

直线传播是光线在均匀介质中沿直线传播；曲线传播是光线在非均匀介质中或遇到不连续介质边界时发生折射和反射，导致光线的路径发生曲线变化。

2. 光的干涉光的干涉是指两束或多束相干光相互叠加时，发生加强和减弱的现象。

干涉现象可以解释薄膜干涉、双缝干涉和光栅干涉等现象。

3. 光的衍射光的衍射是指光通过一个小孔或细缝时，在光的传播方向发生弯曲、扩散的现象。

衍射现象可以解释单缝衍射、双缝衍射和光栅衍射等现象。

4. 光的偏振光的偏振是指光波的振动方向被限制在特定的方向上。

光的偏振可以解释偏振片和偏振光的产生。

三、光学器件的工作原理1. 透镜透镜是一种用于集光或散光的光学器件，根据透镜的形状和材料可以分为凸透镜和凹透镜。

透镜的工作原理是利用透镜对光线的折射和反射来实现光的聚焦和散焦。

2. 凸镜凸镜是一种用于成像的光学器件，根据凸镜的形状可以分为凸面镜和凹面镜。

凸镜的工作原理是利用凸镜对光线的反射来实现物体的放大或缩小。

3. 折射望远镜折射望远镜是一种利用透镜和凸镜组合构成的光学器件，用于观察远处物体。

高三物理光波知识点光波是物理学中一个重要的概念，它涵盖了光的传播、反射、折射、干涉、衍射等各个方面。

在高三物理的学习中，学生们需要掌握光波的相关知识点，以便能够理解光的特性和行为。

本文将介绍一些重要的高三物理光波知识点。

1. 光波的传播速度：光在真空中的传播速度是恒定的，约为每秒299,792,458米，也可以简写为光速c。

这一速度在各个介质中都有所不同，因此光在不同介质中传播时会发生折射。

2. 光波的反射：当光波遇到一个不透明的物体时，会发生反射现象。

根据反射定律，入射角等于反射角。

这个规律可以用来描述光线在平面镜上的反射、光线在球面镜和凹面镜上的反射，以及光线的成像原理等。

3. 光波的折射：当光波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。

折射定律描述了入射角与折射角之间的关系，即n₁sinθ₁=n₂sinθ₂，其中n₁和n₂分别为两种介质的折射率，θ₁和θ₂为入射角和折射角。

此外，光的折射还涉及到全反射和光的色散现象。

4. 光波的干涉：当两束或多束光波相遇时，会发生干涉现象。

干涉分为构成干涉的两种情况：建立在光的波动性基础之上的光的干涉（如双缝干涉和单缝干涉）以及建立在光的粒子性基础之上的光子干涉（如Young实验）。

通过干涉实验，我们可以观察到光的波动性特征，解释光的一些现象。

5. 光波的衍射：光通过一道狭缝或一个小孔时，会发生衍射现象。

衍射是光的波动性的特征之一，能够解释光通过障碍物后的扩散现象。

衍射定律给出了衍射的数学描述，它与衍射的角度和波长有关。

6. 光波的偏振：光波可以是不偏振的，也可以是部分或完全偏振的。

偏振是指光波中振动方向的特点。

根据光的偏振情况，可以将光分为线偏振光、圆偏振光和不偏振光等。

偏振在光的传播和应用中起着重要作用，如偏光片可以用于消除光的偏振或改变光的偏振状态。

7. 光波的多普勒效应：当光源和观察者相对运动时，光波的频率和波长会发生改变，这就是光的多普勒效应。

物理高中教案：光学与光波的特性一级标题：光学与光波的特性二级标题1：介绍光学和光波光学是研究光的传播和相互作用的科学，它研究的是有关光的物理性质以及与物质之间相互作用过程。

而在光学中，我们常常涉及到一个重要概念——光波。

光波指的是由电磁场和电磁辐射引起的振荡现象，并且可以传播能量和动量。

二级标题2：测量光波的参数在处理与光相关的实验或问题时，我们常常需要了解一些基本参数来描述光波。

其中可以测量的主要参数有以下几个。

1. 波长（Wavelength）：它是指在单个周期内所经历的空间距离，通常用λ表示。

波长决定了我们眼睛所称之为颜色或色彩的感知。

2. 频率（Frequency）：它是指单位时间内通过某一点传播的完整波长数目，通常用f表示。

频率与波长有关联，其数值为相反数。

3. 能量（Energy）：它代表了激活电子从低能量态升到高能量态所需消耗或释放的能量，通常用E表示。

能量与频率成正比。

4. 速度（Speed）：光的传播速度在真空中是恒定不变的，并且约为3 x 10^8米/秒。

二级标题3：光波特性的探索研究光波和光学现象的实验往往通过以下几个基本实验来展开。

1. 杨氏双缝干涉实验：这个实验可以证明光具有波动性质。

通过一个屏幕上两个非常接近的小孔，观察到光波经过后在屏幕上形成了一系列亮暗交替的条纹。

2. 焦耳吸收实验：这个实验可以证明光具有粒子性质。

焦耳将水晶放在紫外线下会引起显微镜顶部金属颗粒发出闪烁，从而提供了限制放射能程序之谜的第一个线索。

3. 电子转移激发实验：这个实验可证明能量以离散单元或振荡子单位进行传输，并且转移过程有一定规则，验证了描述振荡行为的方程式并对粒子论助力有效。

二级标题4：应用光学和光波的领域光学和光波是物理学和工程学领域中非常重要的分支，它们有许多实际应用。

1. 光纤通信：由于光波在光纤中传播具有低损耗和高速度的特点，因此广泛应用于通信领域。

通过将信息转化为光脉冲，我们可以实现高速、远距离传输。