1-1 光的电磁波理论.ppt

第1章　光的干涉 1.1　光的电磁理论 1.1.1 麦克斯韦方程组 1.1.2 电磁波与光波 1.1.3 光波在各向同性介质中传播速度及 折射率 1.1.4 电磁波的横波性 1.1.5 光波的能量分布－光强 1.1.6 光源 1.1.7 单色光波及其描述 1.1.1　麦克斯韦方程组 其中 物质方程 1.1.2　电磁波与光波 电磁波 光速及其测量 光速是基本物理常数之一，光速测量始于17世纪。 1676年，丹麦天文学家罗默(Romer)通过观察本星卫星蚀，第一个得到光速，C=215000Km/s； 1728年，布拉得雷(Beadley)用光行差的方法测得了光速，C=303000Km/s； 1849年，斐索(A.Figeau)用齿轮法测得光速，C=314858Km/s； 1862年傅科(J.Foucalt)用旋转镜法测得光速，C=298000±500Km/s； 1902年，迈克尔逊等人改进了旋转镜法，测得光速，C=299890±60Km/s. 光速及其测量 1950年，埃森(Essen)最先采用微波波长和频率的方法来测量光速，得C=299792.5±1Km/s； 1958年，弗鲁姆(Froome)利用微波干涉法测得光速，C=299792.5±0.1Km/s； 1973年和1974年，美国国家标准局和美国国立物理实验室应用激光测定光速，测得光速分别为C=299792.4574±0.0011Km/s和C=299792.4590±0.008 Km/s，这是光速测量中到目前为止的最精确值。 现在,光在一定时间中走过的距离已经成为一切长度测量的单位标准。- - 即“米的长度等于真空中光在1/299792458 秒的时间间隔中所传播的距离”。 电磁波谱 光波是某一波段的电磁波 紫外光 ?:5--400nm ?:1015—1017hz 人眼不可见，可用荧光屏、照相乳胶、光电管来探测，能量高，杀菌力、穿透力强。 可见光　?:390—760nm ?:7.5×1014-4.1×1015hz 人眼可见。可见光的颜色(人眼对光的感觉)与光的频率(或真空中的波长)有关，光的颜色与频率的对应关系。 红外光 ?:760—6*106nm ?:1012—1014hz 人眼不可见，有显著的热效应，可用红外光电器件显示红外图象（夜视仪），也是光纤通讯的窗口波段。 光谱　光强随波长的分布，不同光源有不同的光谱。借助于光谱可对物质进行成分分析。 光的颜色与频率的对应关系 1.1.3　光波在各向同性介质中传播速度及折射率 麦克斯韦关系 1.1.4　电磁波的横波性 电磁波是横波 由麦克斯韦方程出发可以证明，E矢量、H矢量、都和传播方向K垂直。 1.1.5 光波的能量分布－光强 1.1.6 光源 1.1.7　单色光波及其描述 光波是电磁波，可以用描述电磁波波函数来描述光波的各种形态，这些波函数是满足一定边界条件下的麦克斯韦方程的解。 在光学中常遇到的单色平面光波和单色球面光波(理想模型)，可以看作是方程的特解，任何形式的光波(实际)都可以看作是这些特解的某种线性组合。 什么是单色光波？ 单色光波的物理描述 光波的图像描述 什么是单色光波？ 单色光波：具有单一频率的光波。 严格的单色光波必须满足下面四个条件 空间各点电、磁场矢量以单一的频率作简谐振动； 空间各点的光波振幅不随时间变化，形成一个稳定的振幅空间分布； 初始位相的空间分布与时间无关； 光波的波列在空间上无限延伸、光源发光时间无限长。 若波列是有限长的，则它在行进过程中，空间各点的振幅、位相分布必定会随时间变化； 若光源发光时间是有限的，则所发波列经傅里叶变化后可发现，这列光波可以看作是由不同频率的、无限长的平面单色光波的线性组合而成的。 继续讨论 严格的单色光波是不存在。 任何光源的发光过程总是有限的； 从微观角度看，发光过程是断断续续的； 当波列的持续时间比光振动的周期长得多时，可以将该波列当作单色光波来处理； 单色光波的物理描述(附录1.2-P57) 单色光波 平面单色光波- -最简单、最基本、最重要 就是平面简谐电磁波； 任何光波都可以看成为不同频率、不同方向传播的平面单色光波的叠加； 继续讨论 单色球面光波 较简单且重要； 从点光源发出的光波在均匀各向同性介质中传播时，就形成球面波； 从点光源向四面传播(发散)的单色球面光波可用下列波函数(三角函数)表示 光波的图像描述- -几何描述 波面(波阵面的简称) 也称等位相面，是光振动位相相等的各点的轨迹； 波面是三维空间里的曲面族，走在最前面的波面称为“波前”。 波线 能量传播的路径 两者关系 各向同性介质中，处处正交； 各向异性介质中一般不正交。　 * 制作人 周杰 * 返回第1章 返回 方程（2）随时间变化的磁场将激发涡旋电场