光的電磁理論

光的電磁理論第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日第一章光的電磁理論Chapter1:Electromagneticfieldtheoryoflight第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.1Electromagneticpropertiesoflight1.Maxwell’sequations基本物理量E:電場強(qiáng)度D:電位移矢量B:磁感應(yīng)強(qiáng)度H:磁場強(qiáng)度高斯定理磁場無源法拉第電磁感應(yīng)定律安培環(huán)路定理第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.1ElectromagneticpropertiesoflightMaxwell’sequationsMaxwell方程的微分形式電荷體密度閉合回路的傳導(dǎo)電流密度位移電流密度第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.1Electromagneticpropertiesoflight2.物質(zhì)方程電容率真空中電容率磁導(dǎo)率真空中磁導(dǎo)率電導(dǎo)率歐姆定律第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.1Electromagneticpropertiesoflight3.電磁場的波動性第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.2平面電磁波1.2.1波動方程的平面波解Let平面電磁波：指電場或磁場在與傳播方向正交的平面上各點(diǎn)具有相同值的波。Xi第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.2平面電磁波1.2.1波動方程的平面波解特解：第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.2平面電磁波1.2.2平面簡諧波振幅位相等相面或波面波長波數(shù)周期頻率圓頻率第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.2平面電磁波1.2.3一般坐標(biāo)系下的波函數(shù)1.2.4復(fù)數(shù)形式的波函數(shù)1.2.5平面簡諧波的復(fù)振幅復(fù)振幅：第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.2平面電磁波1.2.6平面電磁波的性質(zhì)1.電磁波是橫波(A.6)第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.2平面電磁波1.2.6平面電磁波的性質(zhì)2.E和B互相垂直(A.7)第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.2平面電磁波1.2.6平面電磁波的性質(zhì)3.E和B同相第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.3球面波和柱面波1.3.1球面波的波函數(shù)設(shè)距離源點(diǎn)S的單位距離P1點(diǎn)和距源點(diǎn)S為r的P點(diǎn)的光強(qiáng)度分別為I1和IP第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.3球面波和柱面波1.3.2球面波的復(fù)振幅球面簡諧波的復(fù)振幅第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.4光源和光的輻射光源：任何發(fā)光的物體光波：光源的輻射產(chǎn)生光波光源的分類：熱光源氣體放電光源激光白熾燈火鈉燈汞燈第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.5電磁場的邊值條件1磁感強(qiáng)度和電感強(qiáng)度的法向分量0第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.5電磁場的邊值條件2電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的切向分量0第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.5電磁場的邊值條件總結(jié)第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日Homeworks1.1第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.1反射定律和折射定律由電場的邊值關(guān)系：上式對任意t都成立上式對任意r都成立第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.1反射定律和折射定律Conclusion:都在入射面內(nèi)反射定律反射定律第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.2菲涅耳公式第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.2菲涅耳公式1.S波的反射系數(shù)和透射系數(shù)E和H的切向分量連續(xù)第二十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.2菲涅耳公式反射振幅比(系數(shù))：折射振幅比(系數(shù))：第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.2菲涅耳公式2.p波的反射系數(shù)和透射系數(shù)E和H的切向分量連續(xù)第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.2菲涅耳公式反射振幅比(系數(shù))：折射振幅比(系數(shù))：第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.2菲涅耳公式正入射或者入射角很小時第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.3菲涅耳公式的討論①光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)

π位相躍變：當(dāng)平面波在接近正入射或掠入射下從光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的分界面反射時，反射光振動相對于入射光振動發(fā)生了π位相躍變第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.3菲涅耳公式的討論②光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)不會發(fā)生位相躍變在兩種情況下，折射光都不會發(fā)生位相躍變第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.4反射率和透射率光強(qiáng)I則單位面積入射能量、反射能量和折射能量為：第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.4反射率和透射率反射率為：透射率為：第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.4反射率和透射率S波反射率和透射率p波反射率和透射率第三十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.4反射率和透射率自然光反射率正入射：空氣到玻璃第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.4反射率和透射率第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.5反射和折射產(chǎn)生的偏振布儒斯特定律布儒斯特角或起偏振角第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射例題1.3：電矢量振動方向與入射面成45°角的偏振光入射到兩種介質(zhì)的分界面，介質(zhì)1和介質(zhì)2的折射率分別為n1=1，n2=1.5。問當(dāng)入射角為50°時，反射光中電矢量與入射面所成角度為多少？解：第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.6光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射例題1.4：入射到兩種不同介質(zhì)界面上的偏振光波的電矢量與入射面成α角，若電矢量垂直于入射面的s波和平行為入射面的p波的反射率分另為Rs和Rp，試寫出總反射率的表達(dá)式。解：第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.7全反射全反射第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.7全反射1.7.1反射系數(shù)和位相變化第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.7全反射1.7.1反射系數(shù)和位相變化分子分母是一對共軛復(fù)數(shù)，模相等第四十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.7全反射1.7.1反射系數(shù)和位相變化第四十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.7全反射1.7.2隱失波（倏逝波）Kappa第四十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.7全反射1.7.2隱失波（倏逝波）穿透深度：定義振幅減小到界面（z=0）處振幅的1/e的深度為穿透深度。隱失波波長：古斯-漢森位移第四十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.7全反射1.7.3隱失波應(yīng)用舉例看書第四十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.9光的吸收、色散和散射1.9.1光的吸收1.吸收定律其中朗伯定律/布格爾定律吸收系數(shù)對于透明溶液，實(shí)驗(yàn)證明，吸收系數(shù)α與溶液濃度C成正比比爾定律2.吸收的波長的選擇性第四十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.9光的吸收、色散和散射1.9.2光的色散1.正常色散和反常色散折射率隨著波長的增大而減小，這種現(xiàn)象稱為正常色散。正常色散滿足柯西色散公式：折射率隨著波長的增大而增大，這種現(xiàn)象稱為反常色散。第四十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.9光的吸收、色散和散射1.9.3光的散射1.瑞利散射、分子散射和拉曼散射瑞利散射：懸浮微粒的散射稱為瑞利散射。頻率不變的散射統(tǒng)稱瑞利散射。分子散射：在純凈物質(zhì)中，由物質(zhì)原子分子引起的散射，稱分子散射。拉曼散射：在分子散射中，散射光頻率與入射光頻率不同的散射稱拉曼散射。第四十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.9光的吸收、色散和散射1.9.3光的散射1.散射規(guī)律(1)散射光的強(qiáng)度與入射光的波長的四次