浅谈光学波动中的波动概述、波前

本文介绍了光学波动中的波动概述、波前等几个概念。

波动概述

所谓波动是指振动在空间的传播形式。波场中每点的物理状态随时间作周期性的变化，而在每瞬时，场中各点物理状态的空间分布也呈现一定的周期性，因此，我们说波动具有时间和空间双重周期性。同时伴随着波的传播，总有能量的传输，这样，具有时空双重周期性的运动形式和能量的传播，是一切波动的基本特性。

波场的几何描述通常使用波面和波线的概念。在同一振源的波场中，扰动同时到达的各点具有相同的相位，这些点的轨迹是一曲面，称为波面（或波阵面）。一般说来波面是三维空间里的曲面族。波面为球面的叫做球面波(图1-1（a）)，波面为平面的波，叫平面波（图1-1（b））。

我们设想在波场中给出一线族，它们每一点的切线方向代表该点波扰动的传播的方向（或代表能量流动的方向）。这样的线族，称为波线，在各向同性媒质中，波线总是与波面正交的。所谓“光线”就是光波的波线。在各向同性媒质中情况比较复杂，波线与波面一般不是正交。

波前的概念

“波前”一词，常指一个等相面（波面）。一列波携带着许多信息，如频率ω波长λ和传播方向以及振幅分布、位相分布、传播速度等等。对于单色的定态波场，这些信息全部包含在三维的复振幅分布函数中了。然而通常光学系统的一个元件只和波场中某个波前打交道，也就是说，与它有关的只是这个波前上的信息。至于波前上各种信息中哪些能被接收，或引起什么效果，都取决于接收器件的性能。

波的迭加原理

一列波在空间传播时，在空间的每一点都引起振动。当两列或多列波在同一空间传播时，空间各点都参与每列波在该点引起的振动。当两列（或多列）波同时存在时，在它们的交迭区域内每点的振动是各列单独在该点产生的，这就是波的迭加原理。所以波的迭加就是空间每点振动的合成问题。

波的干涉

波的迭加引起了强度的重新分布。这种因波的迭加而引起强度重新分布的现象，叫做波的干涉。

一般可把干涉条件归纳为三条：

其一，频率相同；

其二，存在相互平行的振动分量；

其三，位相差δ（P）稳定。

每个原子或分子先后发射的不同波列，以及不同原子或分子发射的各个波列，彼此之间在位相上没有什么联系，因此普通光源是不相干的。

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