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光在各向同性介质中传输特征

物理光学

光在各向异性介质中传输特征

光干涉

光衍射

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第一章光在各向同性介质中传输特征

•本章基于光电磁理论，介绍光波基本特征、光在各向同性介质中传输特征、光在介质分界面上反射和折射特征，以及光波数学描述。

第一节光波特征

一、光波与电磁波、麦克斯韦电磁方程

1、电磁波谱

光波、X射线、γ射线都是电磁波，它们电磁特征相同，只是频率不一样而已。假如按其频率（或波长）次序排列成谱，则称为电磁波谱，如图所表示。

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电磁波谱:

光波

中`波

长波

紫

靛

蓝

绿

黄

橙

红

光波

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通常所说光学区域（或光学频谱）包含：红外线、可见光和紫外线。

(1)红外线

远红外：1mm-20um

中红外：20um-1.5um

近红外：1.5um-0.76um

(2)可见光

红色：760nm-650nm

橙色：650nm-590nm

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黄色：590nm-570nm

绿色：570nm-490nm

青色：490nm-460nm

蓝色：460nm-430nm

紫色：430nm-380nm

(3)紫外线

近紫外：380nm-300nm

中紫外：300nm-200nm

真空紫外：200nm-10nm

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红橙黄绿青蓝紫

各种波长电磁波中，能为人所感受是

(390—760)nm窄小范围．

对应频率范围是

=（7.73.9）1014HZ．

这波段内电磁波叫可见光，在可见光范围内，不一样频率光波引发人眼不一样颜色感觉．

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即使光波在整个电磁波谱中仅占有很窄波段，它却对人类生存、人类生活进程和发展，有着巨大作用和影响，还因为光在发射、传输和接收方面含有独特性质，以致很久以来光学作为物理学一个主要分支一直连续地发展着，尤其是激光问世后，光学领域取得了突飞猛进地发展。

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2.麦克斯韦电磁方程

相互作用和交变电场和磁场总体称为电磁场,交变电磁场在空间以一定速度由近及远传输即形成电磁波．

积分形式麦克斯韦方程组

（1-1）

公式(1-1)是法拉第电磁感应定律积分形式,其意义是:改变磁场可产生电场.负号表示感应电动势含有妨碍磁场改变趋势.

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（1-2）

公式(1-2)是电场高斯定律积分形式,该式表示自体积V内部经过闭合曲面A向外流出电通量等于A包围空间中自由电荷总数.

公式(1-3)是磁场高斯定律,表示经过闭合曲面A流出和流入磁通量相等.

公式(1-4)是全电流定律,说明稳恒电流和改变电场都会在周围产生磁场.

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微分形式麦克斯韦方程组:

（1-5）

（1-6）

（1-7）

（1-8）

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。

符号意义：

哈密顿算符：

含有矢量和求导双重功效

散度：

是“标量积”

一个矢量在某点散度表征了该点“产生”或“吸收”这种场能力(即矢量从该点发散或会聚与该点性质)若一个点散度为零则该点不是场起止点．

称为散度,空间某点散度描述了矢量从该点发散或会聚与该点性质.

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旋度计算：

旋度：

是“矢量积”

一个矢量场在某点旋度描述了场在该点周围旋转情况。

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微分形式麦克斯韦方程组物理意义

公式(1-5)表示空间某点磁感应强度改变会在周围产生一个环形电流.

公式(1-6)表示电位移矢量是由正电荷所在点向外发散或向负电荷所在处汇聚.

公式(1-7)表示磁场是无源场.

公式(1-8)说明环形磁场可由传导电流产生,也可由位移电流产生.

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3.物质方程

麦克斯韦方程组中包括函数有E，D，B，H，和J,等除以上等式外，它们之间还有一些与电磁场所在媒质性质相关联络，称为物质方程

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在普通情况下，介质光学特征含有不均匀性，ε、μ和σ应是空间位置坐标函数，即应表示为ε(x,y,z),μ(x,y,z)，σ(x,y,z)；若介质光学特征是各向异性，则ε、μ和σ应该是张量，物质方程应表示以下：

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麦克斯韦（J.C.Maxwell)介绍