1.1光的电磁性质ok.ppt

课程要求: 参考书目 波动光学的建立 加之当时出于牛顿在力学方面的巨大贡献，因此对波动说几乎无人相信。 直到19世纪初，由于杨氏（T. Young）、菲涅尔（A. J. Fresnel）等一批科学家的不懈努力，令人信服地用波动说解释了光的干涉、衍射和偏振现象，波动理论的地位才被确立。 第一章 光的电磁理论基础 光的本质 光的电磁理论的建立 麦克斯韦（Maxwell） 1873 赫兹（Hertz） 1888 光在电磁波中的位置 本课内容回顾 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（定义、方程表达式） 6、光波的辐射和辐射能 （二）波动方程的平面简谐波解 (Simple Harmonic Wave) 位相是时间和空间坐标的函数，物理意义:表示平面波在不同时刻空间各点的振动状态。 波动公式： （10－25） （10－26） 上式的物理意义:一个具有单一频率、在时间和空间上无限延伸的波。 沿空间任一 k方向传播的平面波 复振幅：表示某一时刻光波在空间的分布. 只关心其场振动的空间分布时(例如光的干涉和衍射等问题中), 常用复振幅表示一个简谐光波. （三）平面电磁波的性质 1、横波特性：电矢量和磁矢量的方向均垂直波的传播 方向。 2、E、B、k互成右手螺旋系。 3、E和B同相 五、球面波和柱面波 四、光波的辐射和辐射能 光是电磁波，光源发光是物体辐射电磁波的过程。物体微观上可认为由大量分子、原子、电子所组成，可看成电荷体系，大部分物体发光属于原子发光类型。 （一）电偶极子辐射模型（理想模型） 经典电磁理论把原子发光看成是原子内部过程形成的电偶极子的辐射。 在外界能量的激发下，原子中电子和原子核不停运动，以致原子的正电中心（原子核）和负电中心（高速回转电子）往往不重合，且两者的距离不断变化，使原子成为一个振荡的电偶极子。振荡电偶极子在周围空间产生交变的电磁场，并在空间以一定的速度传播，伴随着能量的传递。 （二）实际光波的认识 连续性： 这是由于原子的剧烈运动，彼此间不断碰撞，辐射过程常常中断，因而原子发光是断断续续的。 原子每次发光的持续时间是原子两次碰撞的时间间隔，持续时间很短，大约10-8～10-9秒。 不相干(不同原子发的光) 不相干(同一原子先后发的光) ∴ ∵ 原子发出的光波由一段段有限长的称为波列的光波组成；每段波列，其振幅在持续时间内保持不变或缓慢变化，前后各段之间无固定的位相关系。 偏振性： 实际光源由大量原子和分子组成，所发出的光振动方向杂乱无章。 在观察时间内，每个原子发生多次辐射，每次辐射的振动方向无规则。 实际光源辐射的光不是偏振光而是自然光。 　　光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的速度取0～360°内的一切可能的方向振动，且没有哪一个方向占有优势。具有上述特性的光，称为自然光。 理想的单色光 具有恒定单一波长的简谐波，它是无限伸展的。 实际原子的发光 是一个有限长的波列,所以不是严格的余弦函数,只能说是准单色光，即在某个中心频率（波长）附近有一定频率（波长）范围的光。 单色性： 例:普通单色光 : 10-2? 10 0A? 激光 ：10-8? 10-5 A? ?? ? 0 ? 0 I I0 I0 / 2 谱线宽度 衡量单色性好坏的物理量是谱线宽度?? （三）辐射能 电磁波的传播过程伴随着能量在空间的传递。空间某一区域中单位体积的辐射能可以用电磁场的能量密度w表示。 电场的能量密度 磁场的能量密度为 两者之间的关系 能流密度（波印廷矢量S）：单位时间通过单位面积的能量 对于光波，电场、磁场变化迅速，变化频率在1015赫兹左右， 的值也迅速变化，无法接收 的瞬时值，只能接收其平均值。称辐射强度矢量的时间平均值为光强，记为I。对于平面波的情况，有 光强I与平面波振幅A的平方成正比。 球面波和柱面波振幅不一样 的物理根据？ 思考： * * 物理光学 陆大全授课 ludq@scnu.edu.cn Physics Optics 课堂笔记 平时作业 考试成绩 最后成绩: 平时作业(25%) 考试成绩(70%) 课堂表现(5%) Physics Optics 物 理 光 学 教材： 作者：郁道银 ,谈恒英等 机械工业出版社 工 程 光 学 (