球面波和柱面波略

球面波和柱面波略第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三四、光波的輻射和輻射能

光是電磁波，光源發(fā)光是物體輻射電磁波的過程。物體微觀上可認(rèn)為由大量分子、原子、電子所組成，可看成電荷體系，大部分物體發(fā)光屬于原子發(fā)光類型。第二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三（一）電偶極子輻射模型經(jīng)典電磁理論把原子發(fā)光看成是原子內(nèi)部過程形成的電偶極子的輻射。在外界能量的激發(fā)下，原子中電子和原子核不停運(yùn)動(dòng)，以致原子的正電中心（原子核）和負(fù)電中心（高速回轉(zhuǎn)電子）往往不重合，且兩者的距離不斷變化，使原子成為一個(gè)振蕩的電偶極子。振蕩電偶極子在周圍空間產(chǎn)生交變的電磁場，并在空間以一定的速度傳播，伴隨著能量的傳遞。第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三（二）實(shí)際光波的認(rèn)識實(shí)際光源發(fā)出的光波并不是在時(shí)間和空間上無限延續(xù)的簡諧波，而是一些有限長度的衰減振動(dòng)。是由被稱為波列的光波組成的。這是由于原子的劇烈運(yùn)動(dòng)，彼此間不斷碰撞，輻射過程常常中斷，因而原子發(fā)光是斷斷續(xù)續(xù)的。

原子每次發(fā)光的持續(xù)時(shí)間是原子兩次碰撞的時(shí)間間隔，持續(xù)時(shí)間很短，大約10-8～10-9秒。第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三不相干(不同原子發(fā)的光)不相干(同一原子先后發(fā)的光)∴∵原子發(fā)出的光波由一段段有限長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，前后各段之間無固定的位相關(guān)系，甚至光矢量的振動(dòng)方向也不同。第五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三實(shí)際光源輻射的光波無偏振性。實(shí)際光源由大量原子和分子組成，所發(fā)出的光振動(dòng)方向雜亂無章。在觀察時(shí)間內(nèi)，每個(gè)原子發(fā)生多次輻射，每次輻射的振動(dòng)方向和位相無規(guī)則。實(shí)際光源輻射的光不是偏振光而是自然光。第六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三光的光矢量在垂直于傳播方向的平面內(nèi)以極快的速度取0～360°內(nèi)的一切可能的方向，且沒有哪一個(gè)方向占有優(yōu)勢。具有上述特性的光，稱為自然光。偏振性：振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性稱為偏振性。第七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三理想的單色光具有恒定單一波長的簡諧波，它是無限伸展的。實(shí)際原子的發(fā)光是一個(gè)有限長的波列,所以不是嚴(yán)格的余弦函數(shù),只能說是準(zhǔn)單色光，即在某個(gè)中心頻率（波長）附近有一定頻率（波長）范圍的光。第八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三例:普通單色光:10-2100A激光：10-810-5

A00II0I0

/2譜線寬度衡量單色性好壞的物理量是譜線寬度第九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三（三）輻射能電磁波的傳播過程伴隨著能量在空間的傳遞?？臻g某一區(qū)域中單位體積的輻射能可以用電磁場的能量密度w表示。電場能量密度和磁場能量密度第十頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三輻射強(qiáng)度矢量-------坡印亭矢量（描述電磁能量的傳播）的方向表示能量流動(dòng)的方向，其大小等于單位時(shí)間垂直通過單位面積的能量。第十一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三平面簡諧波：能量的方向沿著波的傳播方向。第十二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三對于光波，電場、磁場變化迅速，變化頻率在1015赫茲左右，的值也迅速變化，無法接收的瞬時(shí)值，只能接收其平均值。稱輻射強(qiáng)度矢量的時(shí)間平均值為光強(qiáng)，記為I。對于平面波的情況，有光強(qiáng)I與平面波振幅A的平方成正比。第十三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三一個(gè)100瓦的燈泡，在距離10米處的強(qiáng)度（設(shè)燈泡在各個(gè)方向均勻發(fā)光）為設(shè)若已知光波強(qiáng)度，可計(jì)算光波電矢量的振幅A。第十四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三對于一束105瓦的激光束，用透鏡聚焦到10-6cm2的截面積上，因而在透鏡焦面上激光束的強(qiáng)度為這樣強(qiáng)的電場可產(chǎn)生極高的溫度，把任何目標(biāo)燒毀。第十五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三（一）電磁場的連續(xù)條件當(dāng)電磁波由一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)的物理性質(zhì)不同，電磁場在界面上將是不連續(xù)的。但分界面上的電磁場量具有一定的關(guān)系。第二節(jié)光在電介質(zhì)分界面上的反射和折射電磁場的連續(xù)條件是：在沒有傳導(dǎo)電流和自由電荷的介質(zhì)中，磁感強(qiáng)度和電感強(qiáng)度的法向分量在界面上連續(xù)，而電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的切向分量在界面上連續(xù)。第十六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三在通過分界面時(shí)，磁感強(qiáng)度的法向分量是連續(xù)的在通過分界面時(shí)若沒有自由電荷，電感強(qiáng)度的法向分量也是連續(xù)的第十七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三在通過分界面時(shí)，電矢量的切向分量是連續(xù)的在通過分界面時(shí)若沒有面電流，磁矢量的切向分量也是連續(xù)的第十八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三（二）光在兩電介質(zhì)分界面上的反射和折射

光波的振動(dòng)面是指電場矢量的方向與入射光線組成的平面。任一方位振動(dòng)的光矢量E都可以分解成互相垂直的兩個(gè)分量。光波的入射面是指界面法線與入射光線組成的平面。對任一光矢量，只要分別討論兩個(gè)分量的變化情況就可以了。稱平行于入射面振動(dòng)的分量為光