光的基本电磁理论

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1、信息光电子科技学院华南师范大学高等光学1几何光学：以光的直线传播模型为基础，研究光的传播规律、成象规律，是光学系统设计的基础。物理光学：以光的电磁理论为基础，研究光的本性、光的传播规律及光与物质的相互作用。1、光的基本电磁理论（重点，3次课＋奇异折射1次课）2、干涉理论基础（包括光学薄膜（2次课＋全息1次课））3、衍射（2次课）4、晶体光学的基本知识（重点，4次课）5、晶体的光学效应（1次课）6、导波光学基础（1次课）课程主要内容：光学23主要参考书：1、《工程光学》（第二版）下篇“物理光学”天津大学郁道银、浙江大学谈恒英主编2、《高等光学教程》（光学的基本电磁理论

2、）国防科技大学季家镕编著3、《应用电磁学》浙江大学陈抗生编著电磁波辐射以两个互相耦合的波矢量方式－电场波和磁场波来传递；波动光学理论近似于电磁理论，它只说明了光是一个具有时间和位置的标量函数（波函数）；几何光学是在短波长范围的更进一步简化。因此，可以认为电磁光学包含了波动光学，而波动光学又包含了几何光学。量子光学的理论几乎可以解释所有光学现象，比电磁光学更具一般性。绪论45几个基本概念复习：倒三角算符为矢量（哈密顿算符），具有微分运算功能，在直角坐标系中定义为：a)标量场(x,y,z)的梯度为：物理意义：标量场(x,y,z)的梯度为矢量，方向为场量变化最大的方

3、向，大小为场变化最大方向的变化率6b)矢量场A的散度为：矢量场A的散度为标量；散度定理（Gaussian定理）：(A)在体积V内积分等于矢量A穿过包围体积V的封闭曲面S的净通量7c)矢量场A的旋度为：矢量场A的旋度为矢量Stokes定理：(XA)穿过面积S的通量等于包围面积S的闭曲线c的线积分8d)拉普拉斯算符为＝21864年，麦克斯韦在总结安培、法拉第等人关于电场、磁场研究工作的基础上，归纳得出了描述统一的电磁场规律的麦克斯韦方程组，建立了完整的电磁场理论。1865年他进一步提出了光是一种电磁波的设想并在1888年为赫兹的实验所证实，光的电磁理论由此

4、得以确立。光的电磁理论的建立推动了光学及整个物理学的发展，尽管在理论上有其局限性，但它仍是阐明众多光学现象的经典理论。§1－1麦克斯韦方程组9第一章光的基本电磁理论第一部分光的电磁理论基础1、静电场和稳恒电流磁场的基本规律一积分形式的麦克斯韦方程组静电场高斯定理:通过任意闭合曲面的电位移通量（有源场）静电场环路定律:电场强度沿任意闭合曲线的线积分（保守场）静磁场环路定律:磁场强度沿任意闭合曲线的线积分(安培环路定律）静磁场高斯定理:通过任意闭合曲面的磁通量（无源场）10麦克斯韦假定在交变电场和交变磁场中，高斯定理依然成立。变化的磁场会产生涡旋电场，将静电场的环路定律

5、代之以涡旋电场场强的环流表达式；对静磁场的环路定律则引入了位移电流的概念后进行了修改，这样，就得出了适用于交变电磁场的麦克斯韦方程组。电荷激发电场中：变化的磁场激发电场（涡旋场）：(1)式意义：任何电场中通过任意闭合曲面的电位移通量为闭合曲面内自由电荷和电荷激发的电场（保守场）：变化磁场激发的电场（涡旋场）：（2）式意义：电场强度沿任意闭合曲线的线积分为回路中磁通量随时间变化率的负值（1）（2）112、交变电磁场的基本规律（3）（4）122、交变电磁场的基本规律传导电流所激发的磁场（涡旋场）：变化的电场产生磁场（涡旋场）：(3)式意义：任何磁场中通过任意闭合曲面的磁

6、通量为零传导电流所激发的磁场（涡旋场）：位移电流产生磁场（涡旋场）：（4）式意义：在传导电流和位移电流共同激发的磁场中，总磁场强度的环流为传导电流和电位移通量随时间的变化率之和微分形式的麦克斯韦方程组积分形式描述的是场在某一面积元或者体积元的平均性质，为方便地求解电磁场每一点的性质，实际中常使用麦克斯韦方程组的微分形式。是电荷分布的体密度，j是传导电流密度，13揭示了电流、电场、磁场相互激励的性质微分形式与积分形式之间可由Stokes公式和Gaussian公式推导连接物质方程麦克斯韦方程组中共出现两个电场量E、D和两个磁场量B、H在均匀、各向同性、线性介质中，有以

7、下关系成立：麦克斯韦方程组与物质方程结合，构成一组完整的反映电磁场普遍规律的方程组。为介质的介电系数为介质的磁导率jc为传导电流密度，为电导率14物质方程电磁场的传播用麦克斯韦电磁理论的基本概念，可以将电场和磁场的相互关系表述为：空间某区域内有变化的电场，则在临近的区域内引起变化的磁场；这个变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化的电场，并在更远的区域内引起新的变化的磁场。这个过程持续地继续下去，变化的电场和变化的磁场交替产生，构成统一的电磁场。在这种交替产生过程中，电磁场由近及远、以有限的速度在空间内传播，形成电磁波。电磁场的波动方程由麦克斯韦方程组可导出