物理光学课件-叶玉堂.pptx

物理光学;第1章光的电磁理论; 第1章光的电磁理论

(Electromagnetictheoryoflight)

1.1电磁波谱电磁场基本方程

(Theelectromagneticspectrumandthebasicequationsofthe

electromagneticfield)

1.2光波在各向同性介质中的传播

(Wavepropagationinisotropicmedia)

1.3光波的偏振特性

(Polarizationpropertiesoflight); 第1章光的电磁理论

(Electromagnetictheoryoflight)

1.4光波在介质界面上的反射和折射

(Reflectionandrefractionofaplanewave)

1.5光波场的频率谱

(Spectrumoflight)

1.6球面光波与柱面光波

(Sphericalwavesandcylindricalwaves); 1.1电磁波谱电磁场基本方程

(Theelectromagneticspectrumandthebasicequationsofthe

electromagneticfield)

1.1.1电磁波谱

–电磁波按其频率或波长排列构成波谱，它覆盖了从

γ射线到无线电波的一个相当广阔的频率范围。; 1.1.1电磁波谱

光是特定波段的电磁波

–真空中的波长范围约为390～760nm(注意相对

性)，相应的频率范围约为8×1014～4×1014

Hz。

–不同波段的电磁波的产生机制、特征和应用范

围各不相同。光源中的原子或分子从高能级向

低能级跃迁时发出光波，在各种加速器中被加

速的电子也能辐射光波。; 1.1.1电磁波谱

虽然光波在整个电磁波谱中仅占有很窄的

波段，它却对人类的生存、人类生活的进

程和发展，有着巨大的作用和影响，还由

于光在发射、传播和接收方面具有独特的

性质，以致很久以来光学作为物理学的一

个主要分支一直持续地发展着，尤其是激

光问世后，光学领域获得了突飞猛进地发

展。;; 1.1.2电磁场基本方程

适用条件：

微分形式的方程组只在介质中物理性质连续的区

域成立，在不连续的界面，应该用积分形式的方

程组。

由麦克斯韦方程组可知：不仅电荷和电流是产生电

磁场的源，而且时变电场和时变磁场互相激励，因

此，时变电场和时变磁场构成了不可分割的统一整

体——电磁场。;;;1.1.2电磁场基本方程;s; 1.1.2电磁场基本方程

在光学中，常见的是界面Js=0,ρs=0。

其边界条件为

n?(D1?D2)=0

n?(B1?B2)=0

n×(E1?E2)=0

n×(H1?H2)=0

H和E的切向分量以及B和D的法向分量连续; 人物传记－麦克斯韦

麦克斯韦(JamesClerkMaxwel1831~1879)

英国物理学家。1873年，麦克斯韦完成巨著

《电磁学通论》，具有划时代的意义。麦克斯

韦在分子动理论方面的功绩也是不可磨灭

的，他运用数学统计的方法导出了分子运动

的麦克斯韦速度分布律。麦克斯韦还研究过

土星的光环和视觉理论，创立了定量色度学。

1879年11月5日，麦克斯韦因癌症不治去世，终年49岁。他

的理论为近代科学技术开辟了崭新的道路，可是他的功绩生

前却未得到重视。直到他死后许多年，在赫兹证明了电磁波

存在后，人们才意识到他是自牛顿以来最伟大的理论物理学

家。;;;;1τ; 1.2.1波动方程

麦克斯韦方程组描述了电磁现象的变化规

律，指出随时间变化的电场将在周围空间

产生变化的磁场，随时间变化的磁场将在

周围空间产生变化的电场，变化的电场和

磁场之间相互联系，相互激发，并且以一

定速度向周围空间传播。因此，时变电磁

场就是在空间以一定速度由近及远传播的

电磁波。;;;?B;;;c;; 1.2.2时谐均匀平面波

1.时谐均匀平面波

(A).概念

波面：波传播时，任何时刻振动位相总是相同的点

所构成的面。

波面形状为平面的光波称为平面波。

波面上的场矢量都相等的平面波称为均匀平面波。

空间各点都以同一频率作正弦或余弦振动的均匀平

面波叫做时谐均匀平面波，简称时谐平面波。; 1.2.2时谐均匀平面波

(B).数学表达式;2;;;; 1.2.2时谐均匀平面波

2.复数表