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标题: 一个学术问题，请老师们各述高见 [打印本页]

作者: liuxuanzhi333 时间: 2008-1-17 15:47
标题: 一个学术问题，请老师们各述高见
我是西工院的，光电信息工程，今年毕业
主要课程
物理光学应光傅立叶光学数字信号处理数字图象处理
我QQ409542236
想和在座的各位干过工程的学长门请教问题，或者做点学术研讨
比如下面这个问题，
我很想弄懂球面波的偏振态问题，
传统的物光书上在讲到偏振问题时最基础的模型一般都是从光线入手的。
对平面波或者平行光束的电矢量的一致偏振态我也能接受，
但是到了球面波似乎就没有哪本书能说的清楚了，因为在理论上电矢量可以在光线传播方向的垂面上的任意方向。物光书在谈到这时似乎是这么解释的：由于球面波在近轴或无穷远处可以近似认为是偏振的平面波，而分析球面波的电矢量方向性存在很大的复杂性，一般都当作标量去研究。
因为偏振问题对光波的干涉影响非常大，我很想弄清楚这一点，不知道有没有人深入的考虑过这个方面，能不能解答我的疑问。

作者: liuxuanzhi333 时间: 2008-1-19 07:47
没有人吗
我还想问全息方面的一些问题呢。

作者: zemax 时间: 2008-1-20 03:53
你可以这么理解，让球面波通过一理想的透镜变成平面波(球心在焦点上就可以)，透镜前后的偏振变化可以由电磁场的边界条件来确定，即在介质边界两侧电场切向分量连续，而电位移矢量的法线分量连续。这样如果你已知平面波的偏振，就可以计算出对应的球面波的偏振分布。

由于大多数的光学应用都满足很好的近轴条件，球面波当成标量波来处理，在实际大量的应用中是适用的。

作者: dayang 时间: 2008-1-20 14:16
标题: 高啊。
zemax，你是光想想出来的还是碰到过这个问题？你这么一说就成了普物的问题了。呵呵，很牛。
这个我在做共焦腔时也考虑过……很久,也没弄得这么明白……基本功啊基本功。我当时用镜子，要简单一点，但别的参数搅进去就搞得很糊涂。没想到用透镜模拟，想到也不大会用，原因也是标量或者理想情况就够用了。

但有的全息用的是小孔光源来模拟球波，楼上的问题大概就是这种球波，我也很想知道这个如何分析。Thx。

作者: liuxuanzhi333 时间: 2008-1-20 17:43
标题: 继续
谢谢斑竹和DAYANG的回答；
电磁场的边界条件比较容易理解，似乎可以解决光与一切物体相互作用的问题，但是具体到计算上好象很复杂。
通常学习的球面波都是理想模型，我学到的一种实际模型就是电偶极子，但是它的球面波离理想球面波差别很大，
好象振幅有余弦衰减。。
我还想问的是在实际工程中怎样去模拟一个球面波，是不是就是把一束激光当作平面波然后让其经过球面透镜，
就可以当作球心在焦点的球面波了？？如果入射的激光是线谝的，这个出射球面波的偏振态应该是怎么样的？用不用考虑它的偏振态问题？？

作者: zemax 时间: 2008-1-21 00:26
呵呵，我也很久不碰这些基本问题，现在工作中也很难碰得到，就是看到了问题跟大家讨论一下，也不一定正确。
球面波的模拟，不考虑偏振，有两个要点，一是场振幅按1/r变化，二是等相面是一球面，即E=A/r Exp(-kr) Exp(iwt)

对于近轴传输条件满足时，不用考虑偏振问题，按平面波处理就可以。实际上近轴条件是一很宽松的条件，很容易满足，一般光束的发散半角在30度以内基本都可以用。

对于超大角度的球面波，显然是有楼主所说的偏振问题，偏振分布肯定是空间的，计算肯定是复杂的，而不管用哪种计算方法。比如说，此时将球面波转化成平面波的透镜不再是简单的球面镜，而是非球面镜，我说的思路只能看成一种物理上的理解，严格的计算我建议还是把麦克斯韦方程组吃透，那可是解决电磁场的万能钥匙，这个我也不太熟了。

至于dayang兄说的用小孔光源来做球面波模拟，只要工作距离远大于小孔的尺寸，就可以把小孔看成很好的球面波光源，显然这种情况下近轴条件是很好满足的，因此也就没有偏振的问题了。

我觉得楼主的疑问的来源之一就是书上一般没有说明球面波处理成标量波的确切条件，往往含糊一笔带过。楼主这种质疑的精神是很好的。

[ 本帖最后由 zemax 于 2008-1-21 00:31 编辑 ]

作者: dayang 时间: 2008-1-22 02:27
标题: 呵呵，其实就是好奇这种小孔边界条件的分析方法。
近轴是够用了。 thx zemax。

-------------
。。。。。

作者: liuxuanzhi333 时间: 2008-1-24 01:41
引用：‘我觉得楼主的疑问的来源之一就是书上一般没有说明球面波处理成标量波的确切条件，往往含糊一笔带过。’

确实是这样的。但是我现在甚至怀疑线偏的平面光在透过无像差透镜后得到的近轴的球面波的谝振态也是杂乱无章的，因为从感性上讲，球面波在空间4∏立体角内都存在对称性，无论出射时电矢量向哪个方向都是地位平等的，从来没有任何人计算或说明它应该是怎样偏振，从来都只是用位相差来描述干涉。我想到这时，往往会沮丧，郁闷至极，有时候甚至怀疑整个的光学理论。。。哎~~~~~~~

我会发一个新贴讨论一些全息的问题，欢迎斑竹回答我，再谢。。。

作者: liuxuanzhi333 时间: 2008-1-24 01:59
我会发一个新贴讨论一些全息的问题，欢迎斑竹回答我，再谢。。。

[ 本帖最后由 liuxuanzhi333 于 2008-1-24 02:08 编辑 ]

作者: liuxuanzhi333 时间: 2008-1-24 02:05
坦率的讲，我对光的波动性的理解只在于机械波模型的程度
我发现在这样一个理解层面上已经可以解释很多的疑问了，
谁能讲的清光到底是个什么东西，哎天~~

想把光的微粒和波动统一起来，就想到了电子的衍射现象。。
我有时瞎想，把光的频率概念统一到光子微粒上，是不是就相当于宏观物体所谓的固有频率啊？
确实是胡想，见笑了学长们。

作者: njit 时间: 2008-1-24 19:18
这里除了没有院士，什么货都有，用高手如云形容一点也不过分。
要看你的话题有没有兴趣回答了。

作者: liuxuanzhi333 时间: 2008-1-25 10:36
NJIT朋友，我猜您是高手，呵呵，能解答小弟的疑问吧，谢谢~~

作者: mahubble 时间: 2008-1-25 12:31
经典的问题，呵呵！！
我也表述一下：线偏平面波经过了球面透镜汇聚后，不同口径的光波遇到了不同的入射角，因此其偏振态特性有所变化，第一相位有变化，第二振幅有变化，确实如此，考虑投射波前则从前到后只有初始偏振方向的光，因此偏振化方向不会有变化，但是保持与光的前进方向垂直的横波特性，这就是理想的球面波所要求的，到达焦点处时任何光波都不能成为几何点必然有一定的分布，你可以看看古德曼和伯恩的《光学》讲的比较多。我觉得偏振问题要微观分析，宏观评判其影响。
至于说合适才有纯粹的真正球面波，我看这这只是一种理论分析模型，所有光波都可以分解为球面波的线性组合或者是平面波的线性组合。
偶极子理论也可以用来描述热发光，一大群原子都热运动而发光，振动方向混乱，所发的光的偏振态必然混乱，就是正常意义上的自然光。自然光也是一个一个的原子振动出来的偶极子波列组合而成的。激光的波列长度能长很多而已。所以在现实中恐怕很难找到真正的球面波和平面波。但是都可以用它门来解释一些光学现象。

作者: liuxuanzhi333 时间: 2008-1-25 14:59
先感谢MAHUBBLE的回答
你讲的我基本都能明白， GOODMAN和伯恩的“光学” 对我也许有用，不知道我能找到不。
那个古德门好象也是全息术的创始人吧，我最近做数字全息方面学习呢。

我想知道您的看法：对相干性很好的线偏平面波激光，经发散后的空间偏振态是固定的吧，可以分析吧，是什么样子的呢？

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