物理光学第1讲-光的电磁理论基础-球面波和柱面波

1物理光学工程光学（第三版）下篇物理光学2几何光学：不涉及光的物理本性；依据基本实验定律＋几何定理—>处理光的传播、成像及应用等，说明光通过介质时的现象。基本物理量：波面、光线（点、线、面）几何光学是物理光学在波长趋于零时的一种近似；几何光学下篇物理光学3物理光学物理光学：研究光的物理本性、传播规律的学科。波动光学：把光这种物质看成是电磁波。以波动观点讨论光学问题；采用波长、相位等波动概念描述；量子光学：把光这种物质看成是能量子，即光子。以量子观点讨论光学问

题。下篇物理光学4

第十一章光的电磁理论基础第十二章光的干涉和干涉系统

第十三章光的衍射

第十五章光的偏振和晶体光学基础第十一章光的电磁理论基础5★十九世纪六十年代，麦克斯韦(Maxwell)在前人工作基础上，完成了题为“电磁场的动力学” 的论文，从而建立起经典的电磁理论，即电磁 场的基本方程—麦克斯韦方程组。他在研究电磁 场理论的同时，还把光学现象和电磁现象联系起来，进一步指出光也是一种电磁波。这种把光波当做电磁波来处理的理论称为光的电磁理论，它是波动光学的理论基础。第十一章光的电磁理论基础6Maxwell光是一种电磁波Hertz光波就是电磁波光的电磁理论经典光学现代光学重要理论基础

本章叙述光的电磁性质；光在均匀媒质中传播的基本规律；光波的叠加和复杂波分析的基本处理。第一节光的电磁波性质7一、电磁场的波动性（一）麦克斯韦方程组1、积分形式

高斯定理：

磁通连续定理：

法拉第电磁感应定理：

安倍全电流定律

后面两个公式反映了磁场和电场之间的相互作用。第一节光的电磁波性质82、微分形式：第一节光的电磁波性质9（二）物质方程：描写物质在场作用下特性的关系式。Maxwell方程组物质方程描述时变场情况下电磁场的普遍规律。第一节光的电磁波性质10（三）电磁场的波动性：交变电磁场在空间以一定的速度由近及远地传播，形成电磁波点积为零，叉积与时间偏导成正比(11-13)(11-14)第一节光的电磁波性质11第一节光的电磁波性质12第一节光的电磁波性质13二、平面电磁波及其性质（一）平面简谐电磁波的波函数波动方程的平面波解求解波动方程，得通解（数学物理方法—达朗贝尔公式）f1和f2为两个任意函数，代表以相同速度沿z轴正向和负方向传播的平面波。通常选取沿z轴正方向行进的形式第一节光的电磁波性质14二、平面电磁波及其性质（一）平面简谐电磁波的波函数波动方程的平面波解，平面电磁波:电场或磁场在与传播方向正交的平面上各点具有相同值的波。求解波动方程，得通解（数学物理方法—达朗贝尔公式）f1和f2为两个任意函数，代表以相同速度沿z轴正向和负方向传播的平面波。通常选取沿z轴正方向行进的形式

1、平面电磁波的波函数第一节光的电磁波性质15

2、平面简谐电磁波的波函数相位是时间和空间坐标的函数，表示平面波在不同时刻空间各点的振动状态。第一节光的电磁波性质16波函数：（11－25）（11－26）公式描述的波是一个具有单一频率、在时间和空间上无限延伸的波。第一节光的电磁波性质17（二）任一方向k传播的平面简谐波的波函数复振幅：只关心光波在空间的分布。沿空间任一方向

传播的平面波的波动公式：（三）平面简谐波的复数表示和复振幅第一节光的电磁波性质18（四）平面电磁波的性质1、横波特性：电矢量和磁矢量的方向均垂直于波的传播