工程光学第三版第十一章课件.ppt

* 在傍轴近似条件下，复振幅分布为： 舍弃常数相位因子，得： 【例题6】平行光斜入射到单缝上 ，求缝平面上光场分布。 解： 入射光的波矢为： 缝上任意点Q的位矢： 单逢上光场的复振幅为： 【思考题】 在宽度为b的狭缝上放一折射率为n、折射棱角为 的小光楔，由平面单色波垂直照射，求狭缝上的光场分布。 ? z b x1 解: 这实质是光楔的相位变换作用。 【思考题】 在宽度为b的狭缝上放一折射率为n、折射棱角为 的小光楔，由平面单色波垂直照射，求狭缝上的光场分布。 所以，狭缝上的光场分布为： * 2、柱面波 ?公式的推导 ?公式的意义 柱面波的等相面是r＝常量的柱面 六. 光波的辐射和辐射能 （一）光源：光源发光就是物体辐射电磁波的过程，它有热光源、气体放电光源和激光器三类。 （二）光辐射的经典模型 （1）电偶极子的辐射模型 电偶极子辐射的电磁波是单色的平面偏振的球面波。在距离电偶极子很远的P点辐射电磁场的大小为 一个振荡电偶极子的E场 （2）辐射能: 电磁场的能量密度为 辐射强度矢量或坡印亭矢量的大小为： 矢量形式： S方向表示能量流动的方向 其大小表示单位时间垂直通过单位面积的能量 对于单色平面光波： 对于光波来说，电磁场的变化极其迅速，高达 Hz量级（可见光），所以坡印亭矢量值也迅速变化的，人眼和其他接收器都不可能接收其瞬时值，只能接收其平均值。 可见光强I与光波振幅A的平方成正比！ 对于平面波： （3）光强度（intensity）I的定义： 辐射强度矢量大小的时间平均值。 * 光学中关心平面或曲面上的相对光强，所以光强可取形式: （三）对实际光波的认识 （1）原子发光是间歇的，发出的光波列是有限长的。 实际光波由一段段有限长波列组成。波列之间没有固定位相关系，振动方向也不相同。 （2）普通光源辐射的光波没有偏振性，即自然光。 * 本节内容回顾 1、麦克斯韦方程组 2、物质方程 3、波动方程 4、电磁波的平面波解（平面波、简谐波解的 形式和意义，物理量的关系，电磁波的性质） 5、球面波和柱面波 6、光波的辐射 * 第十一章 光的电磁理论基础 光旋涡(optical vortices) * 第十一章光的电磁理论基础(约16学时） 本章学习要求： 1、了解微分形式的麦克斯韦方程组、物质方程。 2、掌握光的电磁波表达形式和电磁场的复振幅描述。 3、理解光强的概念，掌握相对光强的计算。 4、掌握光在介质分界面上的反射、折射、全反射规律，熟悉用菲涅耳公式计算反射或透射光波的振幅、强度和能流，理解半波损失现象。 5 、掌握布儒斯特定律 * 6、了解光的吸收、色散和散射现象及经典理论。 7、掌握同频率同振动方向的光波的叠加，理解光的相 干叠加条件。 8、理解频率相同、振动方向相互垂直的两光波的叠加。 9、掌握光程的概念，熟悉光程差和位相差的转换关系。 10、掌握复杂光波的傅里叶分析 11、领会群速度、相速度的概念，了解光学拍、光驻波。 * 第十一章光的电磁理论基础 ★十九世纪六十年代，麦克斯韦(Maxwell)在前 人工作基础上，完成了题为“电磁场的动力学” 的论文，从而建立起经典的电磁理论，即电磁 场的基本方程—麦克斯韦方程组。他在研究电磁 场理论的同时，还把光学现象和电磁现象联系起来，进一步指出光也是一种电磁波。这种把光波当做电磁波来处理的理论称为光的电磁理论，它是波动光学的理论基础。 麦克斯韦电磁理论方程式是在安培定律、高斯定律、法拉第定律和无自由磁荷等的基础上得到的！ * 第一节 光的电磁性质 高斯定理： 一、麦克斯韦方程组 1、静电场和稳恒电流磁场的基本规律 闭合曲面上的积分 闭合回路上的积分 积分闭合曲面内包含的总电量 积分闭合回路包围的传导电流 安培环路定律 磁场是无源场 静电场是无旋场 * 2、麦克斯韦方程组的积分形式（交变场） 高斯定理： 法拉第定理： （涡旋定理） 后两个公式反映了磁场和电场之间的相互作用。 D：电感强度 B：磁感强度 E：电场强度 H：磁场强度 ：磁通量 变化的磁场产生涡旋电场 变化的电场产生涡旋磁场 位移电流－电场的变化 传导电流－电荷的流动 * 3、麦克斯韦方程组的微分形式（交变场） 微分形式： （11－1） （11－2） （11－3） （11－4） 揭示了电流、电场、磁场相互激励的性质 微分算符（哈密顿算符）： 方程①：电场的高斯定律：电场可