物理光學簡明教程梁銓廷

物理光學簡明教程梁銓廷第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三1.1光的電磁波性質(zhì)1.2單色平面波和球面波1.3光源和光的輻射1.4光在介質(zhì)界面上的反射和折射1.5全反射和隱失波*1.6光在金屬表面的透射和反射1.7光的吸收、色散和散射1.8單色光波的疊加和干涉1.9不同頻率光波的疊加1.10復雜波的分解1.11本章小結(jié)

第1章光的電磁理論本章學習內(nèi)容第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三1.1光的電磁波性質(zhì)1、電磁場的波動性a.麥克斯韋方程組在沒有自由電荷和傳導電流的各向同性均勻介質(zhì)中，麥克斯韋方程組微分形式（1.1-1）和分別表示電場強度和磁感強度第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三b.波動微分方程從麥克斯韋方程組及物質(zhì)方程可以導出E、B滿足的微分方程：（1.1-2）（1.1-3）（1.1-4）第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三(1.1-2)和（1.1-3）兩式具有一般的波動微分方程的形式，表明E和B隨時間和空間的變化是遵循波動的規(guī)律的，電磁場以波動形式在空間傳播。這一數(shù)值與實驗測定的光在真空中的傳播速度一致，歷史上，麥克斯韋以此為重要依據(jù)，預言光是電磁波。(1.1-4)表明電磁波的傳播速度與介質(zhì)的電學和磁學性質(zhì)有關(guān)。當電磁波在真空中傳播時，其傳播速度為第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三2、電磁波譜第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三電磁波譜覆蓋從γ射線到無線電波的一個相當廣闊的頻率范圍。

可見光,即能引起人的視覺的電磁波，是特定波段的電磁波，真空中的波長范圍約為390～780nm，相應的頻率范圍約為7.69×101?～3.84×101?Hz，在電磁波譜圖上占據(jù)很窄的范圍。不同頻率的光，顏色不同紅光780~620nm3.9×1014~4.8×1014Hz

橙光620~590nm4.8×1014~5.1×1014Hz

黃光590~560nm5.1×1014~5.4×1014Hz

綠光560~500nm5.4×1014~6.0×1014Hz

青光500~480nm6.0×1014~6.3×1014Hz

藍光480~450nm6.3×1014~6.7×1014Hz

紫光450~390nm6.7×1014~7.7×1014Hz

第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三電磁波在真空中的速度與介質(zhì)中速度之比稱為介質(zhì)絕對折射率3、折射率其中，相對介電常數(shù)：相對磁導率：第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三1.2單色平面波和球面波假設平面波沿z方向以速度傳播，平面簡諧電磁波的波動公式為1.余弦函數(shù)表示1.2.1單色平面波的表示（1.2-1）（1.2-2）沿z方向傳播的單色平面波第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三:分別是電場和磁場的振幅矢量，表示平面波的偏振方向和大小:角頻率:光波在介質(zhì)中的波長和傳播速度稱為相位，是時間和空間坐標的函數(shù)，表示平面波在不同時刻空間各點的振動狀態(tài)ú?ùê?é--0)(2jlpvtz某一時刻位相相同的空間點的軌跡構(gòu)成光波的等相面或波面第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三沿z方向傳播的單色平面波因子決定電場和磁場隨空間和時間的變化關(guān)系第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三各物理量之間的關(guān)系（1.2-5）（1.2-4）第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三引入波傳播方向上的波矢量，其大小

（稱為空間角頻率或波數(shù)）為所以，公式（1.2-1）可寫成（1.2-3）（1.2-6）第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三單色光波波動公式最顯著的特點是它的時間周期性和空間周期性，它表示單色光波是一種時間無限延續(xù)、空間無限延伸的波動，而任何時間周期性和空間周期性的破壞，都意味著單色光波單色性的破壞。

波長稱為單色光波的空間周期，波長的倒數(shù)稱為空間頻率，波數(shù)成為空間角頻率。

有限波列——一種非單色光第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三沿任意方向傳播的單色平面波一般坐標下的平面波第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三復數(shù)形式的平面簡諧電磁波的波動公式2.復指數(shù)函數(shù)表示復振幅（1.2-12）（1.2-11）第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三1、平面電磁波是矢量橫波。

波的傳播方向與電場方向垂直。波的傳播方向與磁場方向垂直。2、波矢、電場、磁場相互垂直，三者成右手螺旋系統(tǒng)。3、電場、磁場同相1.2.2單色平面電磁波的性質(zhì)（1.2-13）（1.2-14）第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三對于光來說，它包含了電矢量和磁矢量，從波的傳播來看，電矢量和磁矢量處于同等的地位，但從光與物質(zhì)的作用來看，兩者不相同。光波磁場的作用遠比光波電場的作用為弱。通常把電矢量稱為光矢量，把的振動稱為光振動。在討論光的振動性質(zhì)時，只考慮電矢量即可。第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三1.2.3單色球面波1.發(fā)散球面波球面光波等相面（波面）為球面方向沿徑向背離球心S（1.2-15）P點的電場表示為0jw+-=tkr位相第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三假設離球心（光源）單位距離處的光強為，P點處光強，球面面積為能量守恒要求：其中為P點的振幅因此：或（1.2-17）（1.2-18）復振幅（1.2-19）第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三2.會聚球面波方向指向球心的球面波（1.2-18）改寫為第二十一頁，