光的电磁理论

光的电磁理论第1页，共51页，2023年，2月20日，星期三第一章光的电磁理论Chapter1:Electromagneticfieldtheoryoflight第2页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.1Electromagneticpropertiesoflight1.Maxwell’sequations基本物理量E:电场强度D:电位移矢量B:磁感应强度H:磁场强度高斯定理磁场无源法拉第电磁感应定律安培环路定理第3页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.1ElectromagneticpropertiesoflightMaxwell’sequationsMaxwell方程的微分形式电荷体密度闭合回路的传导电流密度位移电流密度第4页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.1Electromagneticpropertiesoflight2.物质方程电容率真空中电容率磁导率真空中磁导率电导率欧姆定律第5页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.1Electromagneticpropertiesoflight3.电磁场的波动性第6页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.2平面电磁波1.2.1波动方程的平面波解Let平面电磁波：指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。Xi第7页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.2平面电磁波1.2.1波动方程的平面波解特解：第8页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.2平面电磁波1.2.2平面简谐波振幅位相等相面或波面波长波数周期频率圆频率第9页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.2平面电磁波1.2.3一般坐标系下的波函数1.2.4复数形式的波函数1.2.5平面简谐波的复振幅复振幅：第10页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.2平面电磁波1.2.6平面电磁波的性质1.电磁波是横波(A.6)第11页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.2平面电磁波1.2.6平面电磁波的性质2.E和B互相垂直(A.7)第12页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.2平面电磁波1.2.6平面电磁波的性质3.E和B同相第13页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.3球面波和柱面波1.3.1球面波的波函数设距离源点S的单位距离P1点和距源点S为r的P点的光强度分别为I1和IP第14页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.3球面波和柱面波1.3.2球面波的复振幅球面简谐波的复振幅第15页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.4光源和光的辐射光源：任何发光的物体光波：光源的辐射产生光波光源的分类：热光源气体放电光源激光白炽灯火钠灯汞灯第16页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.5电磁场的边值条件1磁感强度和电感强度的法向分量0第17页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.5电磁场的边值条件2电场强度和磁场强度的切向分量0第18页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.5电磁场的边值条件总结第19页，共51页，2023年，2月20日，星期三Homeworks1.1第20页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.1反射定律和折射定律由电场的边值关系：上式对任意t都成立上式对任意r都成立第21页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.1反射定律和折射定律Conclusion:都在入射面内反射定律反射定律第22页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.2菲涅耳公式第23页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.2菲涅耳公式1.S波的反射系数和透射系数E和H的切向分量连续第24页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.2菲涅耳公式反射振幅比(系数)：折射振幅比(系数)：第25页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.2菲涅耳公式2.p波的反射系数和透射系数E和H的切向分量连续第26页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.2菲涅耳公式反射振幅比(系数)：折射振幅比(系数)：第27页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质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时第28页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.3菲涅耳公式的讨论①光从光疏介质射向光密介质

π位相跃变：当平面波在接近正入射或掠入射下从光疏介质与光密介质的分界面反射时，反射光振动相对于入射光振动发生了π位相跃变第29页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.3菲涅耳公式的讨论②光从光密介质射向光疏介质不会发生位相跃变在两种情况下，折射光都不会发生位相跃变第30页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.4反射率和透射率光强I则单位面积入射能量、反射能量和折射能量为：第31页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.4反射率和透射率反射率为：透射率为：第32页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质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33页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质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：空气到玻璃第34页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.4反射率和透射率第35页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射1.6.5反射和折射产生的偏振布儒斯特定律布儒斯特角或起偏振角第36页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射例题1.3：电矢量振动方向与入射面成45°角的偏振光入射到两种介质的分界面，介质1和介质2的折射率分别为n1=1，n2=1.5。问当入射角为50°时，反射光中电矢量与入射面所成角度为多少？解：第37页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.6光在两介质分界面上的反射和折射例题1.4：入射到两种不同介质界面上的偏振光波的电矢量与入射面成α角，若电矢量垂直于入射面的s波和平行为入射面的p波的反射率分另为Rs和Rp，试写出总反射率的表达式。解：第38页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.7全反射全反射第39页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.7全反射1.7.1反射系数和位相变化第40页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.7全反射1.7.1反射系数和位相变化分子分母是一对共轭复数，模相等第41页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.7全反射1.7.1反射系数和位相变化第42页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.7全反射1.7.2隐失波（倏逝波）Kappa第43页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.7全反射1.7.2隐失波（倏逝波）穿透深度：定义振幅减小到界面（z=0）处振幅的1/e的深度为穿透深度。隐失波波长：古斯-汉森位移第44页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.7全反射1.7.3隐失波应用举例看书第45页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.9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/布格尔定律吸收系数对于透明溶液，实验证明，吸收系数α与溶液浓度C成正比比尔定律2.吸收的波长的选择性第46页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.9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随着波长的增大而减小，这种现象称为正常色散。正常色散满足柯西色散公式：折射率随着波长的增大而增大，这种现象称为反常色散。第47页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.9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：悬浮微粒的散射称为瑞利散射。频率不变的散射统称瑞利散射。分子散射：在纯净物质中，由物质原子分子引起的散射，称分子散射。拉曼散射：在分子散射中，散射光频率与入射光频率不同的散射称拉曼散射。第48页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.9光的吸收、色散和散射1.9.3光的散射1.散射规律(1)散射光的强度与入射光的波长的四次