《光的基本电磁理论》PPT课件

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1、1显然只要对一般金属，故只要外界光波频率，金属就可以视为良导体。由于场(是外界电场吗？如入射光波？还是自由电荷所产生的电场？）对电荷的作用，导体内产生电流，使自由电荷不断涌向导体表面，从而使体内电荷不断减少。其电荷密度减小到初值的1/e所需的时间（驰豫时间）为：就是良导体。因此，良导体的条件是：可见光光波的周期范围：1.310-15~2.510-15s，因此在比可见光光波的周期短的多的时间内，金属内部的电荷密度已经衰减到零，自由电荷只能存在于靠近金属表面其厚度远小于光波波长的薄层内2当媒质是导体（金属）的情况下，麦克斯韦

2、方程组的形式与电介质时不同。由于金属中存在大量的非束缚自由电子，因此在外界场的作用下，金属中能产生传导电流j=E。此时由麦克斯韦方程组得到的波动微分方程为麦克斯韦方程组对于单色波，，上式和电介质时的波动方程可写成如下形式：此项表明光波在通过0的金属介质时受到阻尼作用而衰减3如果定义复介电常数：则金属与电介质的波动方程完全一致，类似地可定义复相位速度和复折射率式中，n是金属的折射率，等价于电介质的折射率，决定光波在金属中的传播速度；是衰减系数，决定光波在金属中传播时振幅的衰减(或吸收)特性。于是有光在光洁的金属表面上一

3、般有着强烈的反射，这与金属中存在着密度很大的自由电子有关，自由电子受到光波电磁场的强迫振动而产生次波，这些次波造成了强烈的反射波和比较薄弱的传播到金属内的透射波。由于自由电子的密度如此之大，所以即使非常薄的金属片也能够把大部分入射光反射回去，以及把进入金属内的透射光吸收掉。各种金属反射光的能力不同，在于它所包含的自由电子的密度不同，一般说来，自由电子密度越大，电导率越大，反射率也越高。对于同一种金属来说，入射光波长不同，反射率也不同。频率比较低的红外线，主要对金属中的自由电子发生作用，而频率较高的可见光和紫外线，也可以对金属

4、中的束缚电子发生作用。束缚电子的作用将使金属的反射能力降低，透射能力增大，呈现出非金属的光学性质。4铝为理想的反射镜材料：短波长高反＋氧化铝透明5金属表面的反射率除了与波长有关外，还与光波的入射角有关。但是与电介质表面的反射不同，对于金属不论在什么角度下反射，都不能使反射光成为完全偏振光。进一步的研究还表明，光在金属表面上反射时，反射波平行分量的振动和垂直分量的振动与入射波相应的振动之间有一定的位相变化，位相变化的数值并非0或；反射波的两个分量彼此之间也有一定的位相差，因此完全偏振光在金属表面上反射后将变为椭圆偏振光。一、

5、光的吸收无论是在金属中或是在电介质中，光波在传播过程中都会出现能量的损耗，这种损耗中的一部分缘于吸收。在金属中，入射光波的电场使得金属中的自由电子运动，形成的电流在金属中产生热，因而消耗了能量；介质中，包括一些看来透明的介质中，入射光波的电场使介质中的束缚电子振动，发出次波和产生热，也消耗了能量，这些都是形成吸收的原因。下面我们主要讨论介质的吸收。为描述介质中的吸收，引入复折射率介质中沿z轴传播的平面波的波函数为§1-11光的吸收、色散和散射6这个公式被称为吸收定律，它表明：介质中光波的强度随在介质中传播距离的增大以指数规律

6、衰减，衰减速度取决于吸收系数。吸收系数决定于物质特性，不同的物质对同一波长的光波有不同的吸收系数，同一物质对不同波长的光波也有不同的吸收系数。光学上将吸收系数较小的情况称为一般吸收，将吸收系数很大的情况称为选择吸收。当介质对某光波表现为一般吸收时，光学上称之为“透明”；当介质对某光波表现为选择吸收时，称之为“不透明”，意思是基本上无光能透过。7光的色散光在某种介质中传播时，不同波长的光波有着不同的传播速度，因而具有不同的折射率---光的色散现象。1、正常色散和反常色散介质中的色散有两种类型：在介质的“透明”波段，即发生一般吸

7、收的波段表现为正常色散；在介质的“不透明”波段，即发生选择吸收的波段表现为反常色散。（1）正常色散的特点及描述特点：光波长增大时，折射率值减小，其色散曲线如右图（p286图11-27）。描述：描述正常色散采用经验公式－科希公式。当波长的变化范围不太大时，取其近似形式为8（2）反常色散的特点及描述特点：在反常色散区域内，折射率值随波长增大而增大，色散曲线参见下图。2、色散的经典理论介质中存在的色散现象曾一度使麦克斯韦电磁理论陷入困境，因为经典电磁理论中折射率n只与介电常数有关，与光波的频率无关。后来洛伦兹的经典电子论建立了介电

8、常数与频率的联系，解释了色散现象，解决了经典电磁理论的困难。9n(l)a(l)lil1011光学性质的不均匀：（1）均匀物质中散布着折射率与它不同的大量微粒（2）物质本身的组成部分（粒子）不规律的聚集例：尘埃、烟、雾、悬浮液、乳状液、毛玻璃等。特征：杂质微粒的线度小于光波长，相互间距大于波