对光的解释,有射线光、波动光、量子光几类解释,分别对应用到几何光学,物理光学,量子力学领域知识。
什么是波?不仅仅是软绵绵、圆鼓鼓的那个,物理学中的波是一种随时间推移,在空间内发生转移的能量。
波:在空间中以特定形式传播的物理量。
答案是显而易见的————时间停转,水止风静,同样的,时间静止的时候,波一定也是停止传播的;那么,波的传播的另一个条件,就应当是随着时间的推移,也就是波的传播是与时间和空间都有联系的,波向前运动时,时间增加,走过的路径也同时增加。
所以说,波的传播与时间有关,通常包含时间参量 $t$。
那么,我们就可以根据这一定义,发现一些波的例子,比如:
一般形式的光波:
时间域 | 空间域 | |
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周期 | $T$ | $\lambda$ |
频率 | $v$ | $f$ |
角频率 | $\omega=2\pi v=\frac{2\pi}{T}$ | $k=2 \pi f = \frac{2\pi}{\lambda}$ |
e光:由于波矢动量守恒,所以其等相位面依然与入射等相位面一致,只是
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# 限制层 $n_1$ #
# 波导层 $n_1$ #
# 限制层 $n_2$ #
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作用:可以在两个方向上都控制住光的折射损耗。
$n_1>n_2, n_1>n_3$
通常:波导一定是在折射率最大的层中传播的,否则损耗非常大。
结构:
应用:
射线光学 | 波动光学 | |
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适用条件 | $\lambda « d$ | $\lambda ~ d$ |
研究对象 | 光线 | 模式 |
基本方程 | 射线方程 | 波导场方程 |
研究方法 | 折射、反射定理 | 边值问题 |
主要特点 | 约束光线 | 模式 |
用不同的坐标系,可以得到不同的边界条件的,更复杂的解。
如果只停留在全反射层面,说明你的波导理论还没有入门? 实际传输的不是一根光线,而是一束等相位光场传播,当发生反射时,空间局部会发生交叠。 平面光束越宽,交叠区域越大 -> 引发一个核心问题:输出为若干光场的叠加,薄膜光场输出为一个干涉光场。
波矢在两次反射中上下两次
局域场中的普适结论:
分阶跃型光纤、梯度折射率光纤。
通信常用:阶跃型单模光纤。
对称型平板波导,其TE、TM模式同时存在、且无法区分,所以可以认为是单个模式,即单模光纤。
对应临界折射角,存在一个临界入射角 $\varphi$, 则数值孔径:
物理意义:表示光纤捕捉光线的能力,NA越大,捕获能力越强。
对于 $\lambda = 1.55\mu m$ 处典型值 $$
不考。
当 $n_1,\ n_2$ 都很小时,可以近似为
数值孔径:与纤芯与包层的折射率差(又与$\Delta$有关)有关。
光栅:广义来讲,具有周期性
单缝衍射因子:当缝宽很宽,(~1cm时),由于缝宽远大于波长,所以衍射效应不明显,多缝干涉的前提是,单缝衍射效应要足够明显。
超人 两个的折射率不同,光程差公式可以省略那部分的影响吗 东篱悠然 进入房间
黄礼刚 相邻光束的传播距离非常近,所以不同光束之间的相位差主要由衍射角度决定,而不是由声光效应带来的额外差 黄礼刚 所以布拉格光栅主要是振幅效应,拉曼奈斯衍射主要是相位效应