物理光学简明教程[梁铨廷]PPTnew

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1、19世纪60年代，Maxwell提出了经典电磁理论,他把光学现象和电磁现象联系起来，认为光是一种波长很短的电磁波，从而产生光的电磁理论。第1章光的电磁理论1.1光的电磁波性质1.2单色平面波和球面波1.3光源和光的辐射1.4光在介质界面上的反射和折射1.5全反射和隐失波*1.6光在金属表面的透射和反射1.7光的吸收、色散和散射1.8单色光波的叠加和干涉1.9不同频率光波的叠加1.10复杂波的分解1.11本章小结第1章光的电磁理论本章学习内容1.1光的电磁波性质1、电磁场的波动性a.麦克斯韦方程组在没有

2、自由电荷和传导电流的各向同性均匀介质中，麦克斯韦方程组微分形式（1.1-1）和分别表示电场强度和磁感强度b.波动微分方程从麦克斯韦方程组及物质方程可以导出E、B满足的微分方程：（1.1-2）（1.1-3）（1.1-4）(1.1-2)和（1.1-3）两式具有一般的波动微分方程的形式，表明E和B随时间和空间的变化是遵循波动的规律的，电磁场以波动形式在空间传播。这一数值与实验测定的光在真空中的传播速度一致，历史上，麦克斯韦以此为重要依据，预言光是电磁波。(1.1-4)表明电磁波的传播速度与介质的电学和磁学性

3、质有关。当电磁波在真空中传播时，其传播速度为2、电磁波谱电磁波谱覆盖从γ射线到无线电波的一个相当广阔的频率范围。可见光,即能引起人的视觉的电磁波，是特定波段的电磁波，真空中的波长范围约为390∼780nm，相应的频率范围约为7.69×10¹⁴∼3.84×10¹⁴Hz，在电磁波谱图上占据很窄的范围。不同频率的光，颜色不同红光780~620nm3.9×1014~4.8×1014Hz橙光620~590nm4.8×1014~5.1×1014Hz黄光590~560nm5.1×1014~5.4×1014Hz绿光5

4、60~500nm5.4×1014~6.0×1014Hz青光500~480nm6.0×1014~6.3×1014Hz蓝光480~450nm6.3×1014~6.7×1014Hz紫光450~390nm6.7×1014~7.7×1014Hz电磁波在真空中的速度与介质中速度之比称为介质绝对折射率3、折射率其中，相对介电常数：相对磁导率：1.2单色平面波和球面波假设平面波沿z方向以速度传播，平面简谐电磁波的波动公式为1.余弦函数表示1.2.1单色平面波的表示（1.2-1）（1.2-2）沿z方向传播的单色平面波:

5、分别是电场和磁场的振幅矢量，表示平面波的偏振方向和大小:角频率:光波在介质中的波长和传播速度称为相位，是时间和空间坐标的函数，表示平面波在不同时刻空间各点的振动状态úûùêëé--0)(2jlpvtz某一时刻位相相同的空间点的轨迹构成光波的等相面或波面沿z方向传播的单色平面波因子决定电场和磁场随空间和时间的变化关系各物理量之间的关系（1.2-5）（1.2-4）引入波传播方向上的波矢量，其大小（称为空间角频率或波数）为所以，公式（1.2-1）可写成（1.2-3）（1.2-6）单色光波波动公式最显著的特点

6、是它的时间周期性和空间周期性，它表示单色光波是一种时间无限延续、空间无限延伸的波动，而任何时间周期性和空间周期性的破坏，都意味着单色光波单色性的破坏。波长称为单色光波的空间周期，波长的倒数称为空间频率，波数成为空间角频率。有限波列——一种非单色光沿任意方向传播的单色平面波一般坐标下的平面波复数形式的平面简谐电磁波的波动公式2.复指数函数表示复振幅（1.2-12）（1.2-11）1、平面电磁波是矢量横波。波的传播方向与电场方向垂直。波的传播方向与磁场方向垂直。2、波矢、电场、磁场相互垂直，三者成右手螺旋

7、系统。3、电场、磁场同相1.2.2单色平面电磁波的性质（1.2-13）（1.2-14）对于光来说，它包含了电矢量和磁矢量，从波的传播来看，电矢量和磁矢量处于同等的地位，但从光与物质的作用来看，两者不相同。光波磁场的作用远比光波电场的作用为弱。通常把电矢量称为光矢量，把的振动称为光振动。在讨论光的振动性质时，只考虑电矢量即可。1.2.3单色球面波1.发散球面波球面光波等相面（波面）为球面方向沿径向背离球心S（1.2-15）P点的电场表示为0jw+-=tkr位相假设离球心（光源）单位距离处的光强为，P点处

8、光强，球面面积为能量守恒要求：其中为P点的振幅因此：或（1.2-17）（1.2-18）复振幅（1.2-19）2.会聚球面波方向指向球心的球面波（1.2-18）改写为球面波平面波在离开波源很远的距离r考察球面波时，若考察波场区域远远小于距离r，可忽略球面波振幅随r的变化，把球面波视为平面波。球面波面的一部分随距离增大而变为平面