光波的迭加.pptx

激光衍射测量激光衍射测量干涉和衍射的区别在于：干涉和衍射的区别在于：干涉是有限个光波叠加；干涉是有限个光波叠加；衍射是无限多个光波的叠加衍射是无限多个光波的叠加由傅立叶分析可知：由傅立叶分析可知：一个复杂波可以表示成若干个单色波的叠加一个复杂波可以表示成若干个单色波的叠加讨论的限制条件：讨论的限制条件：一、频率相等或者一、频率相等或者频频率相差非常小的有限个单色光波率相差非常小的有限个单色光波的叠加；的叠加；二、光波的光强不是很高，介质对光波线性响应二、光波的光强不是很高，介质对光波线性响应波的独立性原理波的独立性原理几列波相遇后仍保持它们原有的特性（频率、波长、几列波相遇后仍保持它们原有的特性（频率、波长、振幅、传播方向）不变，互不干扰。好象在各自传播振幅、传播方向）不变，互不干扰。好象在各自传播过程中没有遇到其它波一样。过程中没有遇到其它波一样。光波的叠加原理光波的叠加原理几个光波在相遇点产生的几个光波在相遇点产生的合振动合振动是各个波单独在该点是各个波单独在该点产生的振动的矢量和。产生的振动的矢量和。（并不是光强）（并不是光强）两个光波在空间两个光波在空间某一点某一点P相遇，则相遇，则P点的和振动为点的和振动为光波叠加光波叠加的方法的方法1）三角函数三角函数代数加法代数加法2）复数）复数加加法法Ez0H光波光波矢量形式转化为标量形式矢量形式转化为标量形式二，两个频率和振动方向相同的单色光波的叠加二，两个频率和振动方向相同的单色光波的叠加P点的和振动也是一个简谐振动点的和振动也是一个简谐振动P点光强有最大值点光强有最大值P点光强有最小值点光强有最小值两个光波在两个光波在P点的相位差由波长和折射率可表示为点的相位差由波长和折射率可表示为相位差转化成了光程差相位差转化成了光程差所以所以P点光强有最大值点光强有最大值P点光强有最小值点光强有最小值四，两个频率相同，振动方向互相垂直的单色光波的叠四，两个频率相同，振动方向互相垂直的单色光波的叠加加P点处和振动光强为点处和振动光强为P点处和振动光强为点处和振动光强为每个振动单独光强之和，没有最每个振动单独光强之和，没有最大和最小现象出现。大和最小现象出现。这两个波叠加后和矢量的轨迹这两个波叠加后和矢量的轨迹一般情况下一般情况下为为椭圆椭圆，相位差相位差=(2-1)和和振幅比振幅比 EyEx 的不同，决定了的不同，决定了椭圆形状和空间取向的不同，从而也就决定了光的椭圆形状和空间取向的不同，从而也就决定了光的不同偏振态。不同偏振态。下图画出了几种不同下图画出了几种不同 值相应的椭圆偏振态。实际上，线偏振态值相应的椭圆偏振态。实际上，线偏振态和圆偏振态都是椭圆偏振态的和圆偏振态都是椭圆偏振态的特殊情况特殊情况。五，两个振幅、振动方向相同，而五，两个振幅、振动方向相同，而频率不同但是非常接频率不同但是非常接近的单色光波近的单色光波在空间在空间点点P P的叠加的叠加令令则则相速度相速度表示表示等相位面的传播速度等相位面的传播速度。群速度群速度表示等振幅面的传播速度，或者波包的传播速度表示等振幅面的传播速度，或者波包的传播速度形象一点说，你拿电钻在一个很坚固的墙上钻洞，形象一点说，你拿电钻在一个很坚固的墙上钻洞，你会觉得电钻的钻头的螺纹在旋转时似乎以高速前你会觉得电钻的钻头的螺纹在旋转时似乎以高速前进，但这只是你的错觉，因为你看到的是螺纹的进，但这只是你的错觉，因为你看到的是螺纹的“相速度相速度”，虽然很快，但是你的电钻却很慢很慢地，虽然很快，但是你的电钻却很慢很慢地向墙内推进，也就是说电钻的总的向前推进的速度向墙内推进，也就是说电钻的总的向前推进的速度就是就是“群速度群速度”。相速度相速度二色波的合成二色波的合成波波单色波单色波相速度相速度相速度相速度群群速度速度群速度还可表示为群速度还可表示为该式表明，在折射率该式表明，在折射率 n 随波长变化的色散介质中，随波长变化的色散介质中，合成波的合成波的相速度不等于群速度相速度不等于群速度。对于正常色散介质对于正常色散介质(dnd0)，g；对于反常色散介质对于反常色散介质(dnd0)，g；在无色散介质在无色散介质(dnd 0)中，中，=g。实际上，只有真空才属于这种情况。实际上，只有真空才属于这种情况。注意：注意：（1）上述两单色光波合成理论也适合于更多个频率相）上述两单色光波合成理论也适合于更多个频率相近的波合成。近的波合成。（2）合成波是由许多单色光波组成的，只有复色波的）合成波是由许多单色光波组成的，只有复色波的频谱宽度频谱宽度 很窄，合成相对稳定时，即很窄，合成相对稳定时，即各个频率集中各个频率集中在某一在某一“中心中心”频率附近时频率附近时，上述关于合成波群速度的，上述关于合成波群速度的讨论才有意义。如果讨论才有意义。如果 较大，得不到稳定的波群，则较大，得不到稳定的波群，则复色波群速度的概念没有意义。复色波群速度的概念没有意义。（3）由于光波的能量正比于电场振幅的平方，而群）由于光波的能量正比于电场振幅的平方，而群速度是波群等振幅点的传播速度，速度是波群等振幅点的传播速度，所以在群速度有所以在群速度有意义的情况下，它即是光波能量的传播速度。意义的情况下，它即是光波能量的传播速度。