2022-2023学年高二物理竞赛课件：两个不同频率的单色光的叠加 —光学拍

两个不同频率的单色光的叠加 —光学拍 2 两个不同频率的单色光的叠加 —光学拍 光学拍是由两个频率接近、振幅相同、振动方向相同且在同一方向传播的光形成的。 (a)两个单色波 (b)合成波(c)合成波的振幅变化 (d)合成波的强度变化 3 （2） 的奇数倍时， 表示合矢量末端的运动沿着一条经过坐标原点其斜率 为 的直线进行，其合成光波是线偏振光。 Ey Ex δ=π （3） 的奇数倍时， 这是一个正椭圆方程，其长、短轴分量分别在X、Y坐标轴上，表示合成光波是椭圆偏振光。 Ey Ex δ=3π/2 4 光矢量在垂直于光的传播方向的平面内，按一定频率旋转(左旋或右旋)。如果光矢量端点轨迹是一个圆，这种光叫做圆偏振光。 圆偏振光 若 则 合矢量末端运动轨迹是一个圆，此时合成光波是圆偏振光。 5 （4）当 取其它值时，合成光波为任意取向的椭圆偏振光。 Ey Ex 3π/2<δ<2π Ey Ex δ=0 Ey Ex 0<δ<π/2 Ey Ex δ=π/2 Ey Ex π/2<δ<π Ey Ex δ=π Ey Ex π<δ<3π/2 Ey Ex δ=3π/2 6 右旋圆 偏振光 右旋椭圆 偏振光 规定：迎着光线看，光矢量顺时针转的称右旋圆偏振光或椭圆偏振光）；光矢量逆时针转的称左旋圆偏振光（或椭圆偏振光）。 左旋和右旋 右旋 左旋 偏振光的旋向可以由两叠加光波的相位差来决定 7 对于某一时刻，传播路程上各点的合矢量末端位置构成一个螺旋线，螺旋线的空间周期为光波波长，各点场矢量的大小不一; 其末端在与传播方向垂直 的平面上的投影为一个椭圆。 z x y 8 椭圆偏振光的强度 椭圆偏振光的强度恒等于合成它的两个振动方向互相垂直的单色光波的强度之和，它与两个叠加波的位相无关。此时不发生干涉。 9 （二）椭圆偏振参量间的关系 一般，椭圆偏振光可以由合振动在坐标系xy中的分量Ex、Ey的振幅比和相位差表示，也可以由椭圆两个主轴长度及主轴（长轴）相对于坐标轴x的方位角及旋转方向来表示。 2a 1 2a 2 Ey Ex y 在正交坐标(x,y)中,椭圆偏振光E的分量Ex,Ey分别可表示为: y` x` 在正交坐标(x`,y`)主轴系中,椭圆偏振光E的分量Ex`,Ey`分别可表示为: A1,A2是椭圆的长轴和短轴,正负号分别对应左旋和右旋.上式表示在主轴系中的一个正椭圆 (11-132) (11-133) (11-140) (11-141) 10 两坐标系之间光矢量的关系为: 将(11-132),(11-133)及(11-140),(11-141) 代入(11-142),(11-143) : (11-142) (11-143) (11-144) 上式表明,不管将椭圆偏振光投影在什么坐标下,两个互相垂直分振动振幅的平方和是常数. 进一步运算,可得 (11-145) 定义椭圆度ε, (11-146) ε <0时为右旋, ε >0时为左旋. 11 定义振幅比角β, (11-147) 则可以求得 (11-148) (11-149) 上两式给出了两组坐标系中椭圆参量之间的关系.已知一组参量可求取另一组参量.一般说来,由比值A2/A1和角度Ψ两参量就可以确定椭圆形状及其在空间的取向,因此是椭圆偏振光的两个基本参量. 12 平均角频率 平均波数 调制频率 调制波数 合成波是一个频率为 而振幅受到调制的波，即振幅随时间和位置在-2a与2a间变化,是一个低频调制波 $