第十章 光的电磁理论基础.ppt

光学原理 沈常宇 浙江省精品课程 第一部分光的电磁性质 本章主要内容 第二部分光在电介质分界面上的反射和折射 第三部分光波的叠加 第一节光的电磁性质1 1光学发展史 主线 微粒说与波动说的交锋 光的本质的探讨史 17世纪波动说雏形 18世纪微粒说占压倒性优势 19世纪光的电磁理论 格里马第 波义尔 胡克 惠更斯 牛顿 麦克斯韦 赫兹 1 2光在电磁波中的位置 1 3 1Maxwell方程组 积分形式高斯定理 涡旋定理 法拉第定理 后两个公式反映了磁场和电场之间的相互作用 1 3 2Maxwell方程组 微分形式 10 1 10 2 10 3 10 4 揭示了电流 电场 磁场相互激励的性质 1 4物质方程 1 5 1电磁场的波动性 点积为零 叉积与时间偏导成正比 10 13 10 14 1 5 2电磁场的波动性 1 6 1平面电磁波及其性质 一 波动方程的平面波解 1 6 2平面电磁波及其性质 一 波动方程的平面波解 这是行波的表示式 表示源点的振动经过一定的时间推迟才传播到场点 取正向传播 1 6 3平面电磁波及其性质 二 平面简谐电磁波的波动公式 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 1 6 4平面电磁波及其性质 二 平面简谐电磁波的波动公式 波动公式 10 25 10 26 上式是一个具有单一频率 在时间和空间上无限延伸的波 1 6 7平面电磁波及其性质 二 平面简谐电磁波的波动公式 沿空间任一方向k传播的平面波 复振幅 只关心光波在空间的分布 1 6 8平面电磁波及其性质 三 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波的传播方向 2 E B k互成右手螺旋系 3 E和B同相 1 7球面波和柱面波 1 球面波 2 柱面波 第四节光波的叠加4 1波的叠加原理 波的叠加原理 几个波在相遇点产生的合振动是各个波在该点产生振动的矢量和 注意几个概念 1 叠加结果为光波振幅的矢量和 而不是光强的和 2 光波传播的独立性 两个光波相遇后又分开 每个光波仍然保持原有的特性 频率 波长 振动方向 传播方向等 3 叠加的合矢量仍然满足波动方程的通解 一个实际的光场是许多个简谐波叠加的结果 4 1 1两个频率相同 振动方向相同的单色光波的叠加 一 三角函数的叠加 二 复函数的叠加 4 1 2两个频率相同 振动方向相同的单色光波的叠加 三 对叠加的结果分析的主要对象 合成的光强 4 1 3两个频率相同 振动方向相同的单色光波的叠加 4 2驻波 两个频率相同 振动方向相同而传播方向相反的单色光波的叠加将形成驻波 垂直入射的光波和它的反射光波之间将形成驻波 4 3 1两个频率相同 振动方向垂直的单色光波的叠加 合振动的大小和方向随时间变化 合振动矢量末端运动轨迹方程为 4 3 2右旋光与左旋光 1 右旋光 迎着光的传播方向观察 合矢量顺时针方向旋转 2 左旋光 迎着光的传播方向观察 合矢量逆时针方向旋转 4 4 1光学拍 光学拍是由两个频率接近 振动方向相同且在同一方向传播的光形成的 4 4 2光学拍 lm A 4 4 3光学拍 合成波的强度随时间和位置而变化的现象称为拍频 拍频的应用 利用已知的一个光频率w1 测量另一个未知的光频率w2 4 5群速度和相速度 1 相速度 等位相面传播的速度 z或t 2 群速度 等振幅面传播的速度 z或t 在真空中传播时 波速相同 相速度和