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第一章 光的电磁理论1-1 麦克斯韦方程组 基本物理量E，D，H，B，Q，I 一、积分形式 静态?动态 用于考察介质中一定空间范围里电磁场量，例如边界附近 二、微分形式 考察空间给定点处的场量 1-1 静态电磁场规律（dF/dt=0，F=D,E,B,或H） 1-1 时间变化的引入 ?交变磁场?感应电动势E ?电场E(法拉第定律) ?交变电场?位移电流ID ?磁场 1-1 麦克斯韦方程组的积分形式 1-1 积分形式?微分形式 有关闭合曲面的积分 有关环路积分 1-1 麦克斯韦方程的微分形式 1-1 场量并不独立，物质方程建立它们之间的联系 1-2 电磁场的波动性 波动方程 设无限大各向同性均匀介质中， ?、 ?为常数，远离辐射源，?=0，j=0 1-2 光速 ?介质中v ?真空（空气）中 折射率 n=c/v= 人物传记－麦克斯韦 詹姆斯?克拉克?麦克斯韦 (James Clerk Maxwell 1831~1879) 英国物理学家。 14岁在中学时期就发表了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》 24岁发表了第一篇关于电磁学的论文 《法拉第的力线》 31岁发表了第二篇电磁论文《论物理的力线》 33岁发表了第三篇论文《电磁场的动力学理论》 42岁完成巨作《电学和磁学论》一书 爱因斯坦把他的电磁场贡献评价为“自牛顿时代以来物理学所经历的最深刻最有成效的变化。” 普朗克评价他的一生：“麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上，永放光芒。从生地来说，他属于爱丁堡；从个性来说，他属于剑桥大学；从功绩来说，他属于全世界”。 1-3 平面电磁波 沿z方向传播的平面简谐波 沿任意方向k传播的平面波 波函数用复数表达的优点：简化计算。如可分离空间和时间变量。 1-3 沿k方向传播平面波复振幅的直角坐标表达 k=k0|k|，k0=(cos?,cos?,cos?)，|k|=2?/?=?/c 1-3 复振幅 的共轭 光强与复振幅的关系 1-3 平面电磁波的性质 （1）k?E，k?B(横波性) （2）E?B 1-3 （3）E和B同位相 k0是实常矢量，B、E是谐振矢量 1-4 球面波和柱面波的标量形式 球面波 ?球对称?一维平面波 ?振幅随传播距离下降 A1为离光源单位距离处的振幅 柱面波 ?柱对称?一维平面波 ?振幅随传播距离下降，下降速率小于球面波 当r??时，二者?平面波 1-4 发散球面波S+ r=[(x-x0)2+(y-y0)2+z02]1/2 S+=Aexp(ikr)/r 会聚球面波S- S- =Aexp(-ikr)/r S- =(S+)* 1-5 光波的辐射 原子发光—电中心振荡 电偶极子辐射模型 距离谐振偶极子很远的地方考察 ?辐射球面波，幅度随?角变化 ?E在p和r的平面内，E、B和k 组成右手螺旋系 1-5 距离偶极子很远（r0）的地方，传播速度为v、频率为?的辐射电场和磁场分别为 1-5 辐射能 坡印亭矢量S—单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的电磁能量 S的平均值S=I，对平面波，I= 1-6 电磁场的边值关系 两种不同介质界面处，电磁场必须满足的条件。由麦克斯韦方程组的积分形式导出。 两个封闭曲面积分导出B和D(?=0时) 两个环路积分导出E和H(j=0时) 1-6 闭合曲面积分 环路积分 1-6 边值关系 1-7 光在两介质界面上的反射和折射 反射定律和折射定律（三种光传播方向的关系） 将入射光E1，反射光E1’和透射光E2 代入边值关系 ，该式总是成立，故 1-7 菲涅尔公式（三种光的振幅和位相关系） ?入射面：k1和界面法线n所 构成的平面 ?任意偏振状态的光矢量E可以 分解为s分量Es（电矢量垂 直于入射面）和p分量Ep （电矢量在入射面内） 1-7 菲涅尔公式推导的依据 （1）电、磁边值关系 （1-63） （2）电、磁比例关系 1-7 菲涅尔公式的表达（?1=入射角， ?2=折射角） 图1-24 n1n2（从光疏到光密）菲涅尔系数曲线 图1-26 n1n2 （从光密到光疏）菲涅尔系数曲线 图1-24的特点（1） ts?tp ?1=0?时，rs0，rp0，|rs|=|rp|， 反射光和入射光反相 ?1?90 ?时， rs=rp=-1，反射光 和入射光反相 上述两个反相称为“半波损失” 图1-24的特点（2） ?1+ ?2=90?时，rp=0 反射光中没有平行分量，只有垂直分量 此