光的傳播和基本性質(zhì)

一，光的電磁波理論1.1交變電磁場(chǎng)及其在空間的傳播（1）任何隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)），這種電場(chǎng)具有渦旋性，電場(chǎng)的方向由左手定則決定。SN

B（2）任何隨時(shí)間變化的電場(chǎng)（位移電流）在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)是渦旋的，其方向由右手定則決定。IIBBBE（3）電場(chǎng)和磁場(chǎng)緊密相聯(lián)，它們互相激發(fā)形成統(tǒng)一的場(chǎng)：電磁場(chǎng)。（4）變化的電磁場(chǎng)能夠以一定的速度向周?chē)臻g傳播：電磁波。有源場(chǎng)麥克斯韋電磁方程組：積分形式:1.2麥克斯韋電磁波理論微分形式：物質(zhì)方程

電容率；

磁導(dǎo)率；

電導(dǎo)率真空：無(wú)源場(chǎng)麥克斯韋電磁方程組：無(wú)源場(chǎng)：

=0，j=0自由空間均勻介質(zhì)：

、

=常數(shù)波動(dòng)微分方程：無(wú)源場(chǎng)麥克斯韋電磁方程求解：真空中電磁波速度：波矢/波數(shù)，指示波傳播的方向1.3平面電磁波特解，球面波和柱面波

角頻率平面電磁波（單色）：物理意義：時(shí)間相位；空間相位相位—決定著波在傳播軸上各點(diǎn)引起的振動(dòng)狀態(tài)。球面電磁波：波面波線(xiàn)點(diǎn)源，各向同性介質(zhì)中，波面為球面單色光波：特征：球面波的振幅與距離成反比。*證明自學(xué)。無(wú)限長(zhǎng)線(xiàn)光源，在各向同性介質(zhì)中的波面為柱面柱面電磁波：特征：柱面波的振幅與距離的平方根成反比。*證明自學(xué)。二，惠更斯原理2.1波的幾何描述球面波平面波波線(xiàn)波線(xiàn)波面波面（波陣面）：等相位面波線(xiàn)：代表能流方向，與波面正交球面波同心波束平面波平行波束2.2惠更斯原理表述切點(diǎn)連線(xiàn)－光傳播方向。波面上的每一點(diǎn)可以被看作次波源；次波源向四周激發(fā)次波；下一時(shí)刻的波面是這些次波面的包絡(luò)面；次波半徑3.1光程光線(xiàn)幾何路徑與所經(jīng)過(guò)介質(zhì)的折射率的乘積。三，費(fèi)馬原理

n不同n連續(xù)變化n不變?nèi)N情況：傳播時(shí)間：3.2費(fèi)馬原理表述光線(xiàn)遵循取最短時(shí)間路徑的原則。最短時(shí)間原理：更嚴(yán)格的描述：光線(xiàn)沿光程為平穩(wěn)值的路徑傳播數(shù)學(xué)表達(dá)：平穩(wěn)值的三種涵義：（ii）極大值（i）常數(shù)，拐點(diǎn)（i）極小值四，光傳播的幾何光學(xué)特性

光的直線(xiàn)傳播定律

光的反射定律和折射定律

光的獨(dú)立傳播定律折射定律4.1實(shí)驗(yàn)定律（*自學(xué)）

光的可逆性原理4.2全反射（*自學(xué)）臨界角：光密介質(zhì)光疏介質(zhì)4.3棱鏡（*自學(xué)）棱鏡的最小偏向角薄透鏡近似：4.4折射率與光速關(guān)系惠更斯原理介質(zhì)絕對(duì)折射率：折射定律絕對(duì)折射率除鐵磁物質(zhì)，大多數(shù)物質(zhì)，磁性很弱，麥克斯韋關(guān)系折射率n的物理本質(zhì)：4.5折射率與光波長(zhǎng)關(guān)系波速＝擾動(dòng)的時(shí)間頻率波動(dòng)的空間周期線(xiàn)性介質(zhì)中，光擾動(dòng)的時(shí)間頻率僅由光源決定，與所在介質(zhì)無(wú)關(guān)，

=04.6等光程原理A點(diǎn)發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)透鏡匯聚于B點(diǎn)，這些光線(xiàn)的光程彼此相等，光程差＝0費(fèi)馬原理五，光的基本性質(zhì)5.1光是橫波

平面電磁波是橫波，其電矢量和磁矢量的振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向。5.2電場(chǎng)與磁場(chǎng)正交和同相（同步性）正交性：

E和H互相垂直，彼此又垂直于波的傳播方向k。三者構(gòu)成右手螺旋系統(tǒng)EHk

kEH同相性：

E和H的數(shù)值比為一正實(shí)數(shù)，有同相位，傳播時(shí)同步變化or5.3電磁波能流