《物理光学》1章 光的电磁理论及课后习题答案.ppt

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《物理光学》1章 光的电磁理论及课后习题答案

高斯定理——电和磁 法拉第电磁感应定律 安培环流定则 三、 电磁场的波动性 1.2 平面电磁波 若波源是谐振动 沿波传播方向任取一点P P点振动的方程 六、平面电磁波的性质 1、电磁波是横波 2、 相互垂直 3、 同相 球面波的振幅不再是常量,与离开波源的距离r成反比 球面波的等相面是r的常量的球面 例 光功率为100W的灯泡,在距离为10m处的波的强度时多少? 解: n1n2 空气-玻璃界面 玻璃空气界面 激光可变输出耦合器 1.9 光的吸收、色散和散射 1.9.1、光的吸收 一般吸收:吸收很少,并且在某一给定波段内几乎是不变的;——可见光(石英) 选择吸收:吸收很多,并且随波长而剧烈地变化。——红外光(3.5~5.0μm) 任一物质对光的吸收都由这两种吸收组成。 如果: 则沿z轴传播的平面波: 光强:I0是z=0处的光强, 为物质的吸收系数 1.9.2、光的色散: 1.9.3 光的散射 当光通过光学不均匀的物质时,从侧向可以看到光的现象 分类: 规律: 对于半径r≤0.3 μm的粒子,波长在1μm附近,瑞利定律的误差≤1%; 当粒子半径r0.3 μm时,采用米氏定律。 第一章重点 1.1 一个平面电磁波可以表示为 求(1)该电磁波的频率、波长、振幅和原点初相位为多少? (2)波的传播和电矢量的振动取哪个方向? (3)与电场相联系的磁场B的表达式。 1.2 一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为 ,试求: (1)光的频率;(2)波长;(3)玻璃的折射率。 1.5 在与一平行光束垂直的方向上插入一透明薄片,其厚度 h=0.01mm,折射率n=1.5,若光波的波长λ=500nm,试计 算插入玻璃片前后光束光程和位相的变化。 解:光程变化△=nh-h=(n-1)h=5×10-6m 平面电磁波在介质中传播的的波函数为 ∴ 位相的变化为 1.7 在离无线电反射机10km远的处飞行的一架飞机,收到功率密度为10μW/m2的信号。试计算: (1)在飞机上来自此信号的电场强度大小; (2)相应的磁场强度大小; (3)发射机的总功率。 解: 已知P0= 10μW/m2 r=10km (1)由 得此信号的电场强度大小为 (2)由 知相应的磁场强度大小为2.9×10-10T (3)发射机的总功率P=P04πr2≈1.26×104W 1.8 沿空间K方向传播的平面波可以表示为 试求K方向的单位矢量K0 1.16 证明(1)rs=-rs’ (2) rp=-rp’ (3)tsts’ =Ts (4) tptp’ =Tp 1.19 证明光波以布儒斯特角入射到两介质界面时,tp=1/n,其中n=n2/n1 证明: 1.21 光束垂直入射到45?直角棱镜的一个侧面,光束经斜面反射后从第二个侧面透出。若入射光强度为I0,问从棱镜透出光束的强度为多少?设棱镜的折射率为1.52,并且不考虑棱镜的吸收。 解: 光束垂直入射 透射率为T1=n[2/(n+1)]2≈0.96 因为 sinθc=1/1.52 θc45? 所以 光束在直角棱镜的斜面上发生全反射 R2=1 全反光束经直角棱镜的直角边垂直透射出 其透射率T3=T1 ∴ I=I0T1R2T3 ≈0.92I0 1.27 一直圆柱形光纤,光纤纤芯的折射率为n1,包层的折射率为n2,并且n1n2. (1)证明: (2)若n1=1.62,n2=1.52,求最大孔径角。 光波以布儒斯特角入射到两介质界面时 ∴ 1.7.2、倏逝波 全反射时光波将透入第二介质很短的一层表面(深度约为光波波长,并沿界面流动约半个波长再返回第—介质。---隐失波(倏逝波)。 透射光波函数: 在xz平面上: 代入全反射时的cos?2和sin ?2: ?2 z x 透射波函数: 表示一个沿x方向传播的振幅在z方向按指数规律变化的波。 穿透深度定义为振幅衰减到1/e时的z0。 约为一个波长。 波长: 速度: 倏逝波:全反射时全部光能都反

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