第2章电磁波基本特性

第2章电磁波的基本特第2章电磁波的基本特波的概电磁波的波方电磁波相速度和群速波的散波的反射和折波在金属表面上的反电磁光电磁光波的基本概1光是什么�z�E2p0rE=-u)p�c2rc�0Hpoyw2p0inqr�z�E2p0rE=-u)p�c2rc�0Hpoyw2p0inqrH=xc0w4p2sinrc0cos2w(t-S=EH)0总辐射功率球w4p0c3zq3、3、光波的产生方1mm~2020μm~1.5μm1mm~2020μm~1.5μm1.5μm~0.76μm红外线(1mm~0.76红蓝可见光(760nm~380430nm~380380nm~300300nm~200紫外线(400nm~10200nm~10最简单最普遍采用的是三角函数形式，若只计沿+z最简单最普遍采用的是三角函数形式，若只计沿+z方向传播t-z=EzE=Ecos wpu0lEeiwt coswt-kz,k 单色平面光波的复数表示为便于运算，经常把平面简谐光波E=0单色平面光波的复数表示为便于运算，经常把平面简谐光波E=0，0E=000应强调的是，任意描述真实存在的物理量的参量都应当是实对式取实部即为式所示的函数，所以，对复数形式的量进行线性运算，只有取实部后才有物理意义，才能与利用三角函应强调的是，任意描述真实存在的物理量的参量都应当是实对式取实部即为式所示的函数，所以，对复数形式的量进行线性运算，只有取实部后才有物理意义，才能与利用三角函w-数与w-和exp(wt两种形式完全等效。在不同的文献书籍中，电磁波的合成与相速度和群速波包（电磁波的合成与相速度和群速波包（群）的产1)y(,)=Acos(ωt-k2)(,)-ii1）两列波合成1）两列波合成的波y(,)=Acos(ωt-k22）有限个多列波的叠加2）有限个多列波的叠加(,)k2)(,)-ii3）无限个列波叠加的电磁3）无限个列波叠加的电磁波波¥Er¥Er,t=̃wp无限个列波叠 E(r,t=Eexpirw0=Eexp无限个列波叠 E(r,t=Eexpirw0=Eexpw1011cciwr,t=111ciwr,t=221cirwr,t=NN1ciw rr,t=010cwrr,t=w1-111c =E Dw)w0w0c+Dw-( iw rr,t=010cwrr,t=w1-111c =E Dw)w0w0c+Dw-( wD-11ccexp2Dww2E2t1expr=ccc- rcE3t1expexpr=E1expiccwN (r,t=Eexpir=Eexpiwt-w- 0rexpr1N10ccN2iw rr,t=010cwrEr,t=w1-111crw0Dw)cw0 1Dwt-1iw rr,t=010cwrEr,t=w1-111crw0Dw)cw0 1Dwt-1ccexpw2w0ccEr,t=Eexpiwr=¢-1220c- rcexpiEr,t=Eexpiwr=E1expi¢-133ccwNN2E¢(r,t=Eexpir=Eexpiwt-w0- rexpirN21N10ccE=++ +N+2++E2++......+2(Dw)r)w0rw0r2wD,tt c( cwtrD01010ccr E=++ +N+2++E2++......+2(Dw)r)w0rw0r2wD,tt c( cwtrD01010ccr Nr-c-c10 2w)wrwt)Dwt-c-c10ccr -c10 Dw)cw)cDw+2Dw+w)rw)r,tt-rcNDwt+Dw 1t+-010cc2Dw)cw)cDw+2Dw+w)rw)rr,t=EexprNDwt+Dw)cw)cDw+2Dw+w)rw)rr,t=EexprNDwt+c) t1+-0102ccNDw1-expriwr,t=iw0r010cc1-expiDwr,t=iw0r 01c波包的相波包的幅1- Dw 1-expiDwt- 1-expriwr,t=0r0101-expriwr,t=0r010cc1-expiw+2Er,t)wpw0expw-2w+2Ewexpkw0w-2波包幅度是不再是常矢量，而是在空间一定区域围内分布集结，并以波动形式在空间运动的矢量波的相波的相速度和群速1）群速度的推1(,)cost-lky(,)=Acos(ωt-k222叠加后得1(,)cost-lky(,)=Acos(ωt-k222叠加后得)=1+ωkkω2t-=tx2222222l»1»yxyxω-k-ω+k+)ttx22222222=1+2yxω-k-ω+k+)ttx22222222=1+2令ω,k,k=mm2222(,)2cost-)cost-m(,)2）速度l»»yx(,))2）速度l»»yx(,))=wwu==kk=wwu==kk=lkl0w=wup=wwu==kk=lkl0w=wup=nn3）速度l»1»yx(,)3）速度l»1»yx(,))=u=kgmm⋯f)pw-1coswwt)15cos⋯f)pw-1coswwt)15cos3t--p例：波在等离子中的传播速1-解相速ccup==knp例：波在等离子中的传播速1-解相速ccup==knp1-w群速cwug==k21-ww= w= kk22pp1-wc1w2-w2=w= w= kk22pp1-wc1w2-w2=kpw2w2pw=2w=c1-ug=1-w例：慢光的实解u=w= kwnw)l=nw)k例：慢光的实解u=w= kwnw)l=nw)kkk=www)= +cwcww =uuggcu=g每秒cu=g每秒17思考思考题：能不能让光完全的停下来波的衍射与波的衍射与散波的衍①定义：波传播过程中当遇到障碍物时，能绕过碍物的边缘而传播的现象衍射②惠更斯原理解②惠更斯原理解a（2）a~a（2）a~比比较：长波和短波的衍射性能长波长波使用---海军潜艇使波的散①定义：当波在传播途波的散①定义：当波在传播途球面子波，使波向各②I~②I~散射散射光线的颜色与微粒的大小有密切关系，微粒越小，光的反射和折光的反射和折002.6.1.光反2.6.1.光反射折射的物理模1)波的折1)波的折①波的折射定义：波的传播方向发生改变，产生的原是波在两种介质中传播速度不同①光折①光折射的物理模②反射②反射光偏振物理模反射光偏振物反射光偏振物理模型++---反射光反射光偏振物理模型布布儒斯特定时θ0反射折射的基本条在0处，所有场的空间和时间变化必须相同。因此，所，只的相因子在z=0反射折射的基本条在0处，所有场的空间和时间变化必须相同。因此，所，只的相因子在z=0处必须相等，即在边界面����twt+E=Et+z=0=�wt-k��wt-���=w-k¢w=x=x=k=x光反射折射的理论推����=E=E++-� 1H=-+00100HEH=E=00m0 0001-E+-光反射折射的理论推����=E=E++-� 1H=-+00100HEH=E=00m0 0001-E+-E=1 mmm000+E-=E+��n-n-00101=r001=-E-En=En+00n++n+E0011010100p0p1ncosq-nr= = =ptanq+qncosq+n 011010p== 1ncosq-nr= = =ptanq+qncosq+n 011010p== tpsinq+qcosq-qE+ 10011-Encosq-nr00011==ssinq+qncosq+n00011100t=ssinq+qncosq+n001110全反物理模全反物理模x2.全反射理0>sinq010n1我们1/x2.全反射理0>sinq010n1我们1/cosq=–1-)/11001cosq=–i2/n =1001 022in/q==1001nr0011sncosq+n0011nanr00b=n=s00ncosq22in/q==1001nr0011sncosq+n0011nanr00b=n=s00ncosq001111-=rir=*11Rs++11传播方cosq=–i2/n =�1001���=t0�xk1l0真空中的波l�0z传播方cosq=–i2/n =�1001���=t0�xk1l0真空中的波l�0z���=1kk单位波Er 0t�kl0��k�� �= x+r=kz+kz y+kyxyz+k2+==xyz0kx=cosq2,y=0,kz=��0�� ���1kEt�� ���1kEtl00�� xsinq1E11tl0cosq=–i2/n =1001��texp1l0x沿Z轴方向是衰减波z�� = exp�� = exp1E011tl0��t0expaz)exp1l沿Z轴方向是增强波0显然只有取负号才符合物理模 1= 金属金属表面上光反射与折光在金属薄膜中折射①折射NNe2n=e»-r023e0NNe2n=n-光在金属薄膜中折射①折射NNe2n=e»-r023e0NNe2n=n--23eew00q=n-imsinqsinq=a+a=0sinqob=0sinqocosq=c+++②波矢真空�k2pk0l�k0单位波0l0真②波矢真空�k2pk0l�k0单位波0l0真空中的波金属�k�n-im0l0金属薄膜中波方��k��kE=Eexpiwt-n-im0l0��)E=Eexpi金属薄膜中波方��k��kE=Eexpiwt-n-im0l0��)E=Eexpiwtn-im(k-00l������y�0k+kz+k2+k2=1k=xyz0x=sinq,kz=��z0ir=xsinq+x��k0ir=xsinq+sinq=��k0ir=xsinq+sinq=a+cosq=c+��0ir=(ax+)++)��=-+)n-i�i+n-ir0��+n-��+n-i+bn=�+�n-r=b=0sinqon2+a=0sinqon2+��pkEEexpiwt- 0l0�n-+m(bx+�r=�