2022-2023学年高二物理竞赛课件：群速度和相速度

群速度和相速度 1 2 群速度和相速度 1、相速度（Phase velocity） ：等位相面传播的速度 z 或 t 3 拍频的应用：利用已知的一个光频率w1，测量另一个未知的光频率w2。 当 很小 振幅变化缓慢，而光波的频率很高，E变化极快。 合成波的强度与A2成比例 合成波的强度随时间和位置在0～4a2之间变化，这种强度时大时小的现象称为拍。 拍频等于 ，即等于振幅调制频率的两倍，或等于两叠加单色光波频率之差。 4 2、群速度(Group velocity)：等振幅面传播的速度 z 或 t 在真空中传播时，波速相同，相速度和群速度相等。 在色散介质中传播时，不同频率的光波传播速度不同，合成波形在传播过程中会不断地变化，相速度和群速度便不同了。 5 由 可得到vg与v之间的关系。 由 则 故 此式表明 越大，即波的相速度(折射率）随波长的变化越大时，群速度和相速度两者相差也越大。 群速度和相速度之间的关系 6 若 <0，即波长长的波比波长短的波相速度较大。即处于正常色散。（ ）群速度小于相速度。 若 >0，反常色散，群速度大于相速度。 复杂波的群速度可以看作是振幅最大点的移动速度，波动携带的能量与振幅的平方成正比，所以群速度可以认为是光能量或光信号的传播速度。 通常利用光脉冲(光信号)进行光速测量时测量到的光脉冲的传播速度，即群速度而不是相速度。 7 可以证明：对于多个不同频率的单色光波合成的复杂波，只要各个波的频率相差不大，他们只集中在某个“中心”频率附近，且介质色散不大，就可以认为上述结论仍然适用。 用群速度来表示信号速度时,可以认为群速度在真空或在物质正常色散的情况下是有意义的.这时因为吸收比较小,一个波群(波列)在一定距离内的传播不会发生显著的衰减,这样信号传播才有意义.对于反常色散,由于波的能量被物质强烈吸收,波迅速衰减,波群不能传播.此时群速度就不再具有物理意义,不能用来表示信号速度. 若波列的持续时间Δt 的大小与波列长度2L对应， 的宽窄与 对应时，波列所包含的单色波的频率范围为 当波列长度2L越长, Δt越大,易知 越窄, 光波的单色性就越好;反之, 越宽,光波的单色性就越差. 和 同样用于评价光波的单色性的好坏. 光导纤维 光纤可传导光能，传递光学图象，做成各种光纤传感器，在医学（用于医疗诊病用的内视镜）、精密测量、计算机以及光纤通信等方面得到广泛应用。 光利用全反射可在弯曲的光纤内行进。 利用倏逝波特性产生的受抑全反射效应能制成光调制器或光输出耦合器。 利用全反射时的位相变化，选取适当的折射率和入射角，可改变入射光的偏振状态。 h) $