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第九章 光的电磁理论基础;本章内容; 1、麦克斯韦方程组; D——电感强度(电位移矢量)；;divergnce 散度; ▲ 物质方程; 2、电磁场的波动性;（9-8）;（9-15）; 麦克斯韦通过理论计算后预言：交变的电场和磁场产生电磁波，光波就是电磁波。赫兹在麦克斯韦预言后20年从实验上确证了电磁波的存在，并证明电磁波具有与光波相同的反射、折射、相干、衍射和偏振特性，它的传播速度等于光速。这以后，光的电磁理论真正为人们所接受。 ; 二、平面电磁波及其性质; ▲传播的波动取决于源的振动形式。 取最简单的简谐振动作为波动方程的特解，这不仅是因为这种振动形式简单，更重要的是从傅里叶分析方法可知，任何形式的波动都可分解为许多不同频率的简谐振动之和。故有; 引入波传播方向上的波矢量k (称为空间角频率或波数）：;设k的方向余弦cosα、cosβ、cosγ，任一点P的坐标为x、y、z， ; ▲复振幅——表示某一时刻光波在空间的分布。当只关心光波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。;（9-34）; 三、球面波和柱面波; 四、光波的辐射和辐射能; 若电偶极子作直线简谐振荡，偶极矩p=p0e-iωt，ω是偶极子振荡角频率，p0为振幅矢量。计算表明，远离偶极子中心的某点M的场为:; （3）由式(9-40)可得：; 电磁波的最主要的性质之一是能够传输能量。 ;关于偏振光;第二节 光在电介质分界面上的反射和折射; 二、光在两电介质分界面上的反射和折射 ; ▲利用电磁场连续条件讨论反射波和折射波的存在及传播方向.;; 由式(9-48)，在界面上同时还有:; 三、菲涅耳公式及其讨论 ; 1、s波（垂直于入射面分量）;（9-56）; 2、p波（平行于入射面分量）; 对于θ1=0的垂直入射的特殊情况，菲涅耳公式：; ▲ 反射波与入射波的振幅关系; ▲ 折射波与入射波的振幅关系;;; （1）光从光疏介质射到光密介质; ★ n1n2，θ1=0（或θ1非零，小角度入射）的正入射情况; rs0，rp0，说明反射光中的s分量和p分量都与规定方向相反。; （2）光从光密介质射到光疏介质; ★ n1n2，θ1=0（或θ1非零，???角度入射）的正入射情况; rs0，rp0，说明反射光中的s分量和p分量都与规定方向相同。; 考虑界面上一单位面积（图9-11），设入射波、反射波和透射波的光强分别为I1、I1’和I2，则通过此面积的光能为; 上式中利用了μ1=μ2的假定。当不考虑介质的吸收和散射时，根据能量守恒关系，得 ; ; 正入射时，自然光的反射比为 ; 一般情况下，rs≠rp，ts≠tp，故反射光波和折射光波的振动面相对于入射光波的振动面将发生偏转。; 光在界面上反射时产生的全偏振现象，提供了一种获取完全偏振光的方法。玻片堆就是其中一实用装置。它由若干薄玻璃片叠合而成(见图9-13)，当光以θB角入射到玻片堆时，经过各片上、下表面的反射和折射，透射光中的s波随反射次数的增加变得越来越少，最后得到偏振程度相当高的平行于入射面振动的透射光。; 【解】 据菲涅耳公式; 【例题9.3】电矢量振动方向与入射面成450的线偏振光入射到两种介质的界面上，第一介质和第二介质的折射率分别为n1=1和n2=1.5。若入射角θ1=500，问反射光中电矢量与入射面所成的角度为多少?; 光波从光密介质射向光疏介质； 临界角θc=arcsin(n2/n1); 图9-16示出的是利用临界角高精度对焦的例子。当光点准确聚焦在光盘上时，经反射后入射在全反射棱镜斜面上的光是平行光，且入射角大于临界角，因此光检测器全亮；当光点没有被准确聚焦时，光在棱镜斜面上的入射角有部分小于临界角，故反射比急剧下降，以致光检测器上出现明暗区域。通过检测其明暗区域之差，可以知道离焦量并判断离焦的方向，具有很高的对焦精度。;（9-75a）;（9-77a）; 实验表明，在全反射时光波不是绝对地在界面上被全部反射回第一介质，而是透入第二介质大约一个波长的深度，并沿着界面流过波长量级距离后重新返回第一介质，沿着反射光方向射出。这个沿着第二介质表面流动的波称为隐失波，曾称倏逝波。从电磁场的连续条件来看，隐失波的存在是必然的。因为电场和磁场不会在两介质的界面上突然中断，在第二介质中应该有透射波存在，并具有特殊的形式。这从下面讨论中易知。;（9-80）; 全反射的特点：无反射能量损失、有相位变化、存在隐失波; 20世纪