光的电磁理论教学ppt课件

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1、物理光学光电信息学院李剑峰本章基于光的电磁理论，介绍光波的基本特性、光波的数学描述、光的偏振、光在各向同性介质中的传播特性、光在介质分界面上的反射和折射特性。第1章光的电磁理论前　言第1章光的电磁理论1.1电磁波谱电磁场基本方程(Theelectromagneticspectrumandthebasicequationsoftheelectromagneticfield)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(Polari

2、zationpropertiesoflight)(Electromagnetictheoryoflight)第1章光的电磁理论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)(Electromagnetictheoryoflight)参考资料1.《PrinciplesofOptics》，MaxBo

3、rn，CambridgeUniversityPress，19992.电磁场与电磁波第二版，杨儒贵，高等教育出版社，20073.光学，郭永康，高等教育出版社，20044.微波与光电子学中的电磁理论，张克潜，电子工业出版社，2001年1.1.1电磁波的概念1.1电磁波谱电磁场基本方程(Theelectromagneticspectrumandthebasicequationsoftheelectromagneticfield)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

4、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。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射线到无线电波的一个相当广阔的频率范围。光是特定波段的电磁波真空中的可见光波长范围约为390760nm(注意相对性)，相应的频率范围约为8×4×Hz。所谓的光学波段，除可见光外，还包括波长小于紫外光的紫外线和波长大于红光波的红外线，其波长范围大致从1nm到1mm1.1.1电磁波谱虽然光波在整个电磁波谱中仅占有很

5、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。1.1.1电磁波谱光波的重要性1.1.2电磁场基本方程电场高斯定理电磁波的数学描述磁场高斯定理全电流定理电磁感应定理1.1.2电磁场基本方程电场高斯定理：通过任何一个闭合曲面S的电通量等于该面所包围的所有电荷量的代数和q除以ε0，与闭合面外的电荷无关。电介质中，需要考虑极化电荷q’

6、。极化电荷引入和外界电场相反的极化电场P。1.1.2电磁场基本方程εr为相对介电常数令则χe为极化率电场高斯定理D为电位移矢量1.1.2电磁场基本方程磁场高斯定理：由于磁感应线是闭合线，从一个闭合曲面S某处穿进的磁感应线必定要从另一处穿出，所以通过任意闭合曲面S的磁通量恒等于0，即1.1.2电磁场基本方程安培环路定理：磁感应强度沿任何闭合环路L的线积分，等于穿过这环路所有电流强度代数和的μ0倍，即考虑磁化现象并引入磁场强度矢量H,方程可改写为：J为面电流密度，χm为磁化率，μr为相对磁导率全电流定理（

7、非稳态，考虑位移电流密度）：电通密度时间变化率1.1.2电磁场基本方程法拉第电磁感应定律：当穿过导体回路的磁通量发生改变时，回路中产生的感应电动势与回路磁通量的时间变化率成正比关系，即说明：“-”号表示回路中产生的感应电动势的作用总是要阻止回路磁通量的改变。人物传记－麦克斯韦麦克斯韦(JamesClerkMaxwel1831~1879)英国物理学家。19世纪70年代，麦克斯韦在总结安培定理、高斯定理、法拉第电磁感应定理基础上提出了描述电磁现象普遍规律的麦克斯韦方程组。1879年11月5日，麦克斯韦因癌

8、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。人物传记－麦克斯韦麦克斯韦方程组积分形式:1.1.2电磁场基本方程式中，E、D、B、H分别表示电场强度、电感应强度(电位移矢量)、磁感应强度、磁场强度，J是面电流密度。--电场高斯定理--磁场高斯定理--电磁感应定理--全电流定理式中，0是真空中介电常数（8.8542