工程光学-10光的电磁理论基础ppt课件.ppt

《工程光学-10光的电磁理论基础ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第十章光的电磁理论基础2021/8/261第十章光的电磁理论基础§10.1麦克斯韦方程组§10.2几种简单的光波场§10.3光在两介质分界面上的反射和折射§10.4光波的叠加2021/8/262第十章光的电磁理论基础静电场的高斯定理静电场的环路定律稳恒磁场的安培环路定律稳恒磁场的高斯定理§10.1麦克斯韦方程组§10.1.1积分形式的麦克斯韦方程组1.静电场和稳恒磁场的基本规律2021/8/263第十章光的电磁理论基础S变化的磁场和电场的联系变化的电场和磁场的联系2021/8/264第十章光的电磁理论基础2.积分形式的麦克斯韦方程组物理意义：(1)在任何电

2、场中，通过任何闭合曲面的电位移通量等于该闭合曲面内自由电荷的代数和。——有源场(3)在一般电场中，电场强度E沿任意闭合环路的积分，等于穿过该环路磁通量随时间变化率的负值。——有旋场(4)磁场强度H沿任意闭合环路的积分，等于穿过该环路传导电流和位移电流的代数和。——有旋场(2)在任何磁场中，通过任何闭合曲面的磁通量恒等于0。——无源场2021/8/265第十章光的电磁理论基础3.微分形式的麦克斯韦方程组2021/8/266第十章光的电磁理论基础微分形式的麦克斯韦方程组2021/8/267第十章光的电磁理论基础3.物质方程2021/8/268第十章光的电磁理论

3、基础§10.1.2电磁场的波动性1.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，则在临近的区域内印起变化的磁场；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。2.电磁场的波动方程2021/8/269第十章光的电磁理论基础2021/8/2610第十章光的电磁理论基础3.电磁波2021/8/2611第十章光的电磁理论

4、基础§10.2几种简单的光波场所谓平面波，是指电场或磁场在与传播方向正交的平面上各点振幅和相位都相同的波。假设平面波沿直角坐标系xyz的z轴方向传播，§10.2.1平面电磁波1.波动方程的平面波解2021/8/2612第十章光的电磁理论基础2021/8/2613第十章光的电磁理论基础2021/8/2614第十章光的电磁理论基础（3）（4）式是平面简谐波的波函数，即我们认定研究的电磁波为平面简谐波。2.平面简谐波单色平面光波波函数最显著的特点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、空间无限延续的波动。单色光波的时间周期性和空间周期性通

5、过传播速度v相联系。2021/8/2615第十章光的电磁理论基础就一般情况而言，平面电磁波可沿空间任意方向传播，因此需要写出在一般情况下的波函数。电磁波沿空间某一方向传播，在t时刻波面为∑，波面上任意一点P到坐标原点的距离为r，电波的波函数为3.一般坐标系下的波函数2021/8/2616第十章光的电磁理论基础为了运算方便，波函数常写成如下的复数形式用这种复数表达式，可以免去复杂的三角函数运算。例如在光学问题中，常常要求振幅A的平方值，因为光波的能量（光强度I）与A2成正比。要求A2，只需将复数E乘上其共轭复数E*：4.复数形式的波函数2021/8/2617

6、第十章光的电磁理论基础5.平面电磁波的性质2021/8/2618第十章光的电磁理论基础EH2021/8/2619第十章光的电磁理论基础如果在真空中或各向同性的均匀介质中的O点放一个点光源，容易想象，从O点发出的光波将以相同的速度向各个方向传播，经过一定时间以后，电磁振动所到达的各点将构成一个以O点为中心的球面，如图所示。这时的波阵面是球面，这种波就称为球面波。§10.2.2球面波和柱面波1.球面波的波函数设图中的球面波为单色光波。设O点的初相为0，则距O点为r的某点P的位相为OR光线波面2021/8/2620第十章光的电磁理论基础OR光线波面由波函数可看出

7、：球面波的振幅与离开波源的距离成反比。实际中，当考察的空间离球面波的波源很远时，对一个较小范围内的球面波波面，可近似作平面处理，即认为是平面波。2021/8/2621第十章光的电磁理论基础1.柱面波的波函数2021/8/2622第十章光的电磁理论基础§10.2.3电磁场的能量和能流变化的电磁场同时具有电场能和磁场能：2021/8/2623第十章光的电磁理论基础2021/8/2624第十章光的电磁理论基础§10.3光在两介质分界面上的反射和折射§10.3.1电磁场的边界条件1.电磁场法向分量的关系2021/8/2625第十章光的电磁理论基础2.电磁场切向分量

8、的关系2021/8/2626第十章光的电磁理论基础2021/8/2