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1、光在各向同性介质中的传输特性物理光学光在各向异性介质中的传输特性光的干涉光的衍射第一章光在各向同性介质中的传输特性•本章基于光的电磁理论，介绍光波的基本特性、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，以及光波的数学描述。第一节光波的特性一、光波与电磁波、麦克斯韦电磁方程1、电磁波谱光波、X射线、γ射线都是电磁波，它们电磁特性相同，只是频率不同而已。如果按其频率（或波长）的次序排列成谱，则称为电磁波谱，如图所示。电磁波谱:宇宙射线射线x射线光波微波短波中`波长波对数坐标对数坐标软x射线真空紫外线紫
2、外光可见光近红外光中红外光远红外光线性坐标系紫靛蓝绿黄橙红光波通常所说的光学区域（或光学频谱）包括：红外线、可见光和紫外线。(1)红外线远红外：1mm-20um中红外：20um-1.5um近红外：1.5um-0.76um(2)可见光红色：760nm-650nm橙色：650nm-590nm黄色：590nm-570nm绿色：570nm-490nm青色：490nm-460nm蓝色：460nm-430nm紫色：430nm-380nm(3)紫外线近紫外：380nm-300nm中紫外：300nm-200nm真空紫外：200nm-1
3、0nm红橙黄绿青蓝紫各种波长的电磁波中，能为人所感受的是(390—760)nm的窄小范围．对应的频率范围是=（7.73.9）1014HZ．这波段内电磁波叫可见光，在可见光范围内，不同频率的光波引起人眼不同的颜色感觉．虽然光波在整个电磁波谱中仅占有很窄的波段，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。2.麦克斯韦电磁方程互相作用和交变的电场和磁场
4、的总体称为电磁场,交变电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播即形成电磁波．积分形式的麦克斯韦方程组（1-1）公式(1-1)是法拉第电磁感应定律的积分形式,其意义是:变化的磁场可产生电场.负号表示感应电动势具有阻碍磁场变化的趋势.（1-2）（1-3）公式(1-2)是电场高斯定律的积分形式,该式表示自体积V内部通过闭合曲面A向外流出的电通量等于A包围的空间中自由电荷的总数.公式(1-3)是磁场的高斯定律,表示通过闭合曲面A流出和流入的磁通量相等.（1-4）公式(1-4)是全电流定律,说明稳恒电流和变化的电场都会在周围产生磁
5、场.微分形式的麦克斯韦方程组:（1-5）（1-6）（1-7）（1-8）。符号的意义：哈密顿算符：具有矢量和求导的双重功能散度：是“标量积”一个矢量在某点的散度表征了该点“产生”或“吸收”这种场的能力(即矢量从该点发散或会聚与该点的性质)若一个点的散度为零则该点不是场的起止点．称为的散度,空间某点的散度描述了矢量从该点发散或会聚与该点的性质.旋度的计算：旋度：是“矢量积”一个矢量场在某点的旋度描述了场在该点周围的旋转情况。称为的旋度,空间某点的旋度描述了矢量在该点附近的旋转性质.（1-6）微分形式的麦克斯韦方程组的物理意
6、义（1-5）公式(1-5)表示空间某点磁感应强度的变化会在周围产生一个环形电流.公式(1-6)表示电位移矢量是由正电荷所在点向外发散或向负电荷所在处汇聚.（1-7）公式(1-7)表示磁场是无源场.（1-8）公式(1-8)说明环形磁场可由传导电流产生,也可由位移电流产生.3.物质方程（1-9）（1-10）（1-11）麦克斯韦方程组中涉及的函数有E，D，B，H，和J,等除以上等式外，它们之间还有一些与电磁场所在媒质的性质有关的联系，称为物质方程为介电常数，描述媒质的电学性质，是真空中介电常数，是相对介电常数.为介质磁导率，
7、描述介质的磁学性质，是真空中磁导率，是相对磁导率；σ为电导率，描述介质的导电特性,真空中σ＝0。为介电常数，描述媒质的电学性质，是真空中介电常数，是相对介电常数.在一般情况下，介质的光学特性具有不均匀性，ε、μ和σ应是空间位置的坐标函数，即应表示为ε(x,y,z),μ(x,y,z)，σ(x,y,z)；若介质的光学特性是各向异性的，则ε、μ和σ应当是张量，物质方程应表示如下：即与，与，与一般不再同向；当光强度很强时，光与介质的相互作用过程会表现出非线性光学特性。麦克斯韦（J.C.Maxwell)简介(1831--1879
8、)一、生平在法拉第发现电磁感应定律那一年，即1831年，麦克斯韦在英国的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。父亲是个机械设计师，很赏识自己儿子的才华，常带他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座。十岁时送他到爱丁堡中学。在中学阶段，他就显示出了在数学和物理方面的才能，十五岁那年就写了一篇关于卵形线作图法的论文，被刊登在《爱丁堡皇家学会学报》上。1
