《波动光学和》PPT课件

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1、1.3光源和光的辐射1.3.1光源太阳光谱连续光谱：热光源，如太阳、白炽灯线状光谱：气体放电光源，如钠灯、汞灯激光光是一种电磁波，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，大部分物体发光属于原子发光类型。光波是由光源辐射出来的，任何一种发光的物体都称为光源1.3.2光辐射的经典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

2、不断变化，使原子成为一个振荡的电偶极子。振荡电偶极子不断地向外辐射，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。电偶极子模型1.电偶极子辐射的电磁场，可由麦克斯韦方程组推导得到：(1.3.3)(1.3.4)电偶极子辐射球面电磁波2.三者组成右手螺旋系统3.的振动同相（1.2.13）辐射强度矢量----坡印亭矢量（描述电磁能量的传播）1.3.3辐射能对于光波，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

3、间平均值为光强，记为I。对于平面波的情况，有（1.3-5）（1.3-8）在光学许多问题中，需要研究的是同一介质光场中某个平面上的相对光强分布，因此，略去比例系数，记：（1.3-9）称为相对光强实际光源发出的光波并不是在时间和空间上无限延续的简谐波，而是一些有限长度的衰减振动。是由被称为波列的光波组成的。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，因而原子发光过程常常被中断。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～10-9秒。1.3.4实际光波1.间断性不相干(

4、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，甚至光矢量的振动方向也不同。实际光源辐射的光波无偏振性。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和位相无规则。实际光源辐射的光不是偏振光而是自然光。2.无偏振性光的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，且没有哪一个方向占

5、有优势。具有上述特性的光，称为自然光。偏振性：振动方向对于传播方向的不对称性称为偏振性。由于在外场作用下，介质分界面上一般出现一层束缚电荷和电流分布，这些电荷、电流的存在又使得界面两侧场量发生跃变，这种场量跃变是面电荷、面电流激发附加的电磁场产生的，描述在两介质分界面上，两侧场量与界面上电荷、电流的关系，是本节的主要讨论内容。然而，微分形式的Maxwell’sequations不能应用到两介质的界面上,这是因为Maxwell’sequations对场量而言,是连续、可微的。只有积分形式的Maxwell

6、’sequations才能应用到两介质的分界面上，这是因为积分形式的Maxwell’sequations对任意不连续的场量适合。因此研究边值关系的基础是积分形式的Maxwell’sequations：1.4光在介质界面上的反射和折射1.电磁场的连续条件在没有传导电流和自由电荷的介质中,磁感应强度B和电感强度D的法线方向在界面上连续；电场强度E和磁感强度H的切向分量在界面连续即界面处E和H的切向分量连续1.4光在介质界面上的反射和折射（1.4-1）（1.4-2）如图所示：介质1和介质2的分界面为无穷大平

7、面,单色平面波从介质1射到分界面上。1.4.1反射定律和折射定律设入射波，反射波和折射波的波矢量分别为，角频率为则这三个波可分别表示为：介质1中的电场强度是入射波和反射波电场强度之和。则应用边值关系：得将波函数表达式代入则：要说明的是（1）上式对任何时刻t都成立，则即：入射波，反射波，折射波频率相同。（2）上式对界面上的任意位置矢量r都成立则即三者共面。（1.4-5）（1.4-6）（1.4-7）（1.4-8）或斯涅耳定律由式（1.4-7）得：因此：（1.4-9）同理，由式（1.4-8）得：（1.4-1

8、0）任一方位振动的光矢量E都可以分解成互相垂直的两个分量。对任一光矢量，只要分别讨论两个分量的变化情况就可以了。称平行于入射面振动的分量为光矢量的p分量（p波），记为EP。称垂直于入射面振动的分量为光矢量的s分量（s波），记为ES。1.4.2菲涅耳公式菲涅耳公式给出反射波、折射波与入射波的振幅和位相关系把分解为s波和p波，规定：规定s分量的正方向为沿y轴正方向，p分量的正方向为与s分量和传播方向构成右手螺旋关系：p分量——平行于入射面（光线方向与界面法线