光波传播与偏振现象MATLAB演示程序

波动光学中的光波传播机制=惠更斯原理+偏振。 惠更斯原理：波面上每一点都是子波源，其包络面就是某一后继时刻的新波面。

     动图
   

图1 惠更斯原理子波包络示意

所以波面的形状取决于波源的分布方式：

     动图
   

图2 惠更斯原理解释水平平面波传播

我们可以看到，传播方向与波面垂直。如果光线是斜入射，则到达水平面有延迟：

     动图
   

图3 惠更斯原理解释水平线陆续到达的子波

若这个水平面上下波速有差异（折射率不同），则就有光的折射：

图4 惠更斯原理解释光波的折反射

惠更斯原理还能解释双折射：

图5 惠更斯原理解释光波双折射

但惠更斯原理尚不涉及光波的叠加机制，所以不能解释干涉衍射偏振这三种光波叠加情况。惠更斯还猜测光是纵波，包括托马斯杨起初也猜是纵波，根据菲涅耳实验结果与纵波对不上才改猜为横波，发现横波确实符合实验结果。

纵波也有球面波，在直觉上像双音叉水波干涉。纵波就是振动与传播方向一致：

     动图
   

图6 纵波球面波传播

而横波是振动方向⊥传播方向，使简谐波的表达式中振幅和相位分离：

图7 简谐波表达式

简谐波的传播就是动态cos，干涉就是cos相加，衍射就是一大堆cos积分。 1维简谐波：

图8 1维简谐波GUI演示

2维简谐波：

图9 2维简谐波传播

3维简谐波：

图10 3维简谐波传播

3维平面波在上图可能不够形象，它实际上是一簇等强度平面在传播：

图11 3维平面波传播

简谐波传播相遇即为简谐波的叠加，几个非干涉叠加的特殊情况：

表1 1维简谐波叠加常见情形

干涉的基本条件是同频、稳定相位差、振动方向不垂直、传播方向相同。 驻波的动画：

图12 驻波动画

光拍动画：

图13 光拍动画

光的偏振动画：

图14 偏振光轨迹的形成

波动光学中重点学习的是光波的偏振，因为 对于光波的偏振，一共有这几种偏振态，以其振动矢量箭头扫过的横截面轨迹命名：

图15 不同偏振态的3D行进与轨迹

自然光是各个方向振动在统计上均衡。对于一束光，微元光波阵列都有各自的偏振态，我们看到的偏振只是由x、y方向的振动分量叠加合成的在宏观上显形出的结果。因此在上图的部分偏振态时，我引入了一定的随机涨落。 不同偏振态是由于x和y轴上两个1维简谐波的相位差不同，其轨迹也就不同:

图16 相位角对偏振态的影响

波片可以引入相位差，从而改变光的偏振态：

图17 引入波片后改变偏振态

出程序、考研辅导，需者请私信。部分款项将用于B站公益项目之哔哩哔哩公益​

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删