物理光學(xué)第一章-2教材

1、1.3光波的輻射v主要內(nèi)容一 光源概述二 電偶極子輻射模型三 輻射能 四 對(duì)實(shí)際光波的認(rèn)識(shí) 1.3光波的輻射v光源概念： 任何發(fā)光的物體稱光源分類：熱光源、氣體放電光源、激光器、LED1.3光波的輻射v電偶極子輻射模型： 光波是電磁波，光源發(fā)光就是物體的輻射電磁波的過(guò)程。大部分物體發(fā)光屬于原子發(fā)光類型，因此我們只研究原子發(fā)光的情況。 經(jīng)典電磁場(chǎng)理論認(rèn)為：原子發(fā)光是原子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)過(guò)程形成的電偶極子的輻射。1.3光波的輻射v原子由帶正電的原子核和帶負(fù)電的繞核運(yùn)轉(zhuǎn)得的電子組成。在外界能量的激發(fā)下，由于原子核和電子的劇烈運(yùn)動(dòng)和相互作用，原子的正電中心和負(fù)電中心常不重合，且正、負(fù)中心的距離在不斷的變化，從

2、而形成一個(gè)振蕩的電偶極子。如圖1.8所示：該系統(tǒng)的電偶極距為qlp 1.3光波的輻射v最為簡(jiǎn)單的振蕩電偶極子是電偶極距隨時(shí)間作簡(jiǎn)諧變化的電偶極子，此時(shí)電偶極距 P 可表示為 v v 是振幅 是角頻率。v既然原子是一個(gè)振蕩電偶極子，它必定在周圍空間產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，即輻射出光波。 tiepp00p1.3光波的輻射v由圖1.9所示，振蕩電偶極子振動(dòng)一個(gè)周期，稱電磁場(chǎng)將向外傳播一個(gè)空間周期，即電磁場(chǎng)分布有一定的空間周期，這就是電磁波的波長(zhǎng) 。v振蕩電偶極子輻射的電磁場(chǎng)： 可由MAXSWELL方程組計(jì)算，在經(jīng)典的電動(dòng)力學(xué)著作中均可找到，我們只給結(jié)果。v作簡(jiǎn)諧振動(dòng)的電偶極子在距離很遠(yuǎn)的P點(diǎn)輻射的電磁場(chǎng)的數(shù)

3、值為：1.3光波的輻射v式中v顯然，上式為一球面波，但與標(biāo)準(zhǔn)球面波不同的是，電偶極子輻射的球面波的振幅隨角而變。)(202)(2024sin4sintkritkrierpBerpE子的振蕩角頻率相同是波的角頻率與電偶極是電磁波的傳播速度夾角。與電偶極子軸線之間的是點(diǎn)的距離是電偶極子到1rPr1.3光波的輻射v考慮到傳播方向，可以定義波印廷矢量vS的方向表示電磁波的傳播方向，S的大小表示電磁波所傳遞的能流密度。BES1對(duì)于光波來(lái)說(shuō)B和E都隨時(shí)間快速變化，所以S的大小也隨時(shí)間快速變化。光波頻率高，接收器只能接收平均值。通常把S在接收器能分辨的時(shí)間間隔內(nèi)的平均值叫做電磁波的強(qiáng)度I01sdtsI1.3

4、光波的輻射v對(duì)于平面波而言，S及其平均值有很簡(jiǎn)單的形式： 2202202121)(cos11AAtkrASdtsv在許多場(chǎng)合比例系數(shù)并不重要，故常寫為：2AI 1.3光波的輻射v 實(shí)際光波的認(rèn)識(shí)： 由于原子的劇烈運(yùn)動(dòng)，彼此間不斷的碰撞，使原子系統(tǒng)的輻射過(guò)程常常中斷，致使原子發(fā)光是間歇性的。原子每次發(fā)光的間歇時(shí)間是原子兩次碰撞的時(shí)間間隔，這樣原子發(fā)出的光波是由一段段有限長(zhǎng)的稱為波列的光波組成每段波列，其振幅在持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持不變或緩慢變化，前后各段波列之間沒有固定的位相關(guān)系，光矢量的振動(dòng)方向也不相同1.3光波的輻射普通光源輻射的光波，沒有偏振性，其發(fā)出的光波的振動(dòng)具有一切可能的方向（在垂直于傳播方向的平面內(nèi)各個(gè)方向都是可能的）,它可以看作是具有各