第1章-光的电磁理论.ppt

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1、第4章光的电磁理论11.1.1电磁波谱光是特定波段的电磁波。可见光只占一个很窄谱带，真空中的波长范围约为390760nm，相应的频率范围约为8×10144×1014Hz。第1章光的电磁理论第4章光的电磁理论2电磁波在长波端表现出显著的波动性，而在短波端则表现出极强的粒子性。对于光波来说，其波粒二象性的特征表现得更为突出。第4章光的电磁理论31.2.1波动方程光波在真空中的速度与在介质中的速度之比称为介质的折射率，记为n,即上式将描述介质光学性质的常数和描述介质电磁学性质的常数联系起来了。对于一般的非铁磁物质，r1，有第4章光的电磁理论41.2.2

2、时谐均匀平面波时谐平面波的常用形式（时空变量对称）沿－Z方向传播的时谐平面波第4章光的电磁理论51.2.2时谐均匀平面波同一时间频率的光波在不同介质中具有不同的传播速度。在介质中将改变为几何路程与介质折射率的乘积定义为光程，用表示。时间周期性用周期(T)、频率(v)、圆频率()表征，三者之间有关系k：包含在空间2内的波长数。空间周期性可用波长()、和波数(k)、空间频率(f)表征:第4章光的电磁理论61.2.2时谐均匀平面波与光程对应的相位变化为与光程差对应的时间差为t＝/c介质中两点间的光程等于两点间的传输时间乘真空光速。第4章光的电磁理论

3、71.2.2时谐均匀平面波进一步简化，直接用复数表示时谐均匀平面波再将上式改写为其中，称为复振幅，仅为空间坐标的函数，与时间无关。第4章光的电磁理论81.2.2时谐均匀平面波沿任意方向传播的时谐平面波如图所示，引入波矢量k，方向沿传播方向。此平面波可表示为第4章光的电磁理论91.2.2时谐均匀平面波横波性即电矢量的振动方向和磁矢量的振动方向均恒垂直于波的传播方向。由此可知平面电磁波是横电磁波（TEM波）。第4章光的电磁理论101.2.2时谐均匀平面波电矢量与磁矢量相互垂直可见，E、H和波的传播方向单位矢量k0三者满足右螺旋关系。第4章光的电磁理论111.

4、2.2时谐均匀平面波电矢量和磁矢量同相位即电场与磁场的数值之比为一正实数，因此，E与H同相位，同步变化，能流有确定的方向,与波的传播方向一致。第4章光的电磁理论121.2.2时谐均匀平面波时谐平面波的光强在只考虑同一种介质中的光强的场合，只关心光强的相对值，因而往往省略比例系数，把光强写成第4章光的电磁理论131.3.1光波的偏振态完全偏振在光的传播方向上各点的光矢量在确定的平面内，这种光称为平面偏振光。在垂直于传播方向的平面内，平面偏振的光矢量端点的轨迹为一直线，又称为线偏振光。第4章光的电磁理论141.3.1光波的偏振态部分偏振在垂直于光传播方向的平

5、面内，某个方向的振动比其它方向占优势的光波称部分偏振光。部分偏振光可以看作是平面偏振光和自然光的混合。也可以用相互垂直、振幅不相等、相位差不确定的两平面偏振光表示。第4章光的电磁理论15偏振度P：偏振度的定义为在部分偏振光的总强度中平面偏振光所占的比例，即式中，IM和Im分别为相位不相关相互正交的两个特殊方向上所对应的最大光强和最小光强。对于非偏振光，P＝0；对于完全偏振光，P＝1;对于部分偏振光，0＜P＜1。第4章光的电磁理论16若，平面z=0上，合成电场的模为合成电场与+x的夹角为电磁波的极化矢端轨迹为直线，则该电磁波称为线极化波α第4章光的电磁理论

6、17电磁波的极化矢端轨迹是圆，则该电磁波称为圆极化波。逆着光传播的方向，矢端的旋转方向与电磁波传播方向成左手螺旋关系，逆时针方向旋转，称为左旋圆极化波yyxz传播方向/2xE0α第4章光的电磁理论181.3.2完全偏振光的三种形式相位差和振幅比E0x／E0y决定了椭圆形状和空间取向，也就决定了光的不同偏振态。第4章光的电磁理论191.3.2完全偏振光的三种形式椭圆偏振态是传播方向相同、振动方向相互垂直、有固定相位差的两束线偏振光叠加的一般结果。线偏振态和圆偏振态是椭圆偏振态的两种特殊情况：当＝0，，叠加的结果为线偏振光。当＝/2,且E0x

7、＝E0y，叠加的结果为圆偏振光。第4章光的电磁理论201.4.1反射定律、折射定律交界面是z=0的无限大平面，质介参数分别为1、μ1，和2、μ2，界面的法线方向单位矢量为n,入射光、反射光和折射光均为线偏振平面光波，其电场为下标i，r，t分别代表入射光、反射光和折射光。第4章光的电磁理论211.4.1反射定律、折射定律在分界面上，电场的切向分量连续，即t和rB是两个相互独立的变量，上式对任意时刻和界面上任意一点成立的条件是下标表示分界面的切向分量。将z=0的界面上任意一点的位置矢径记为rB，得第4章光的电磁理论221.4.1反射定律、折射定律式中，

8、i、r、t分别称为入射角，反射角和折射角。上两式分别称为反射定律和折射定律