1-1 光的电磁波理论.ppt

1、8/5/2020，第1章光的干涉，1.1光的电磁理论，1.1.1麦克斯韦方程1.1.2电磁波和光波1.1.3光波在各向同性介质中的传播速度和折射率1.1.4电磁波的横波性质1.1.5光波的能量分布强度1.1.6光源1.1.7单色光波第1章光的干涉，1.1.1麦克斯韦方程，其中物质方程，返回方程(2)，磁场随时间变化将激发方程(4)随时间变化的电场将激发涡流磁场；8/5/2020，第1章光的干涉，1.1.2电磁波和光波，电磁波，波动方程，可见电磁波包括电场波和磁场波；两种波的速度相同，真空中的波速是：光波：它是某一波段的电磁波。1889年，赫兹得到了60厘米的电磁波，并观察了金属镜上的反射、石蜡

2、棱镜中的折射和干涉。在真空中非常接近光速！8/5/2020，第1章光的干涉，光速及其测量。光速是基本物理常数之一，它的测量始于17世纪。1676年，丹麦天文学家罗默第一个通过观测卫星日食获得光速，c=215，000公里/秒；1728年，比德利用像差法测量了光速，c=303，000公里/秒；1849年，菲戈用齿轮法测量了光速，c=314，858公里/秒；1862年，福卡特用旋转镜法测量了光速，c=298，000，500公里/秒；1902年，迈克尔逊等人改进了转镜法，并测量了光速，c=29989060公里/秒，8/5/2020，第1章，光的干涉，光速及其测量。1950年，埃森首次用微波波长和频率的

3、方法测量光速，得到了c=299770.59799999995年，弗鲁姆用微波干涉法测量光速，c=299792.50.1公里/秒；1973年和1974年，国家标准局和国家物理实验室用激光测量了光速，测得的光速分别为299792.45740.0011公里/秒和299792.45900.008公里/秒，这是迄今为止测量光速最准确的数值。现在，光在一定时间内的传播距离已经成为所有长度测量的单位标准。也就是说，“米的长度等于光在1/299792458秒的时间间隔内在真空中行进的距离。”，返回，8/5/2020，第1章光的干涉，电磁波谱，-光波是某一波段的电磁波，8/5/2020，第1章光的干涉，光波是某

4、一波段的电磁波，紫外光是：5-400 nm，10151017 Hz，人眼不可见，可用荧光屏，可见光：390760纳米，7.51014-4.11015赫兹，人眼可见。可见光的颜色(人眼对光的感知)与光的频率(或真空中的波长)有关。红外光：7606*106nm :10121014hz对人眼不可见，并具有显著的热效应。红外光电器件可以用来显示红外图像(夜视器件)，这也是光纤通信的窗口带。光谱强度随波长的分布，不同的光源有不同的光谱。借助光谱，可以分析物质的成分。Return，8/5/2020，第1章光的干涉，颜色和光的频率之间的对应关系，8/5/2020，第1章光的干涉，1.1.3光波在各向同性介质

5、中的传播速度和折射率，Return，光在各向同性介质中的传播速度相速度：相平面运动的速度与介质的折射率有关- R r与光的频率和介质的类型有关。光在介质中的折射率、光在介质中的频率和周期保持不变。像振动源一样，介质中光的波长与介质的折射率有关它变得更短。麦克斯韦关系。大于1，也有小于1的？8/5/2020，第1章光的干涉，麦克斯韦关系，表中的值是针对低频电场测量的，n是具有简单折射率的钠光的气体，这基本上是相互一致的，并且液体和固体之间的大差异(即折射率)与频散效应有关，8/5/2020，第1章光的干涉，1在光学中，就能量传输而言，电场和磁场光化学效应(光敏性)引起眼睛视觉效应光对导体(对电子

6、)的影响用电场波表示，e称为光矢量，8/5/2020，第1章光的干涉，光强的大小I尹波矢量与光矢量e的平方成正比；由于光的频率极高，测量时间的平均值只能由普通探测器测量。IA2波光学主要讨论光波的相对强度，光矢量振幅的平方通常称为光强。IA2 P11 1-4，1.1.5光波能量分布强度，回波，电磁波能量密度单位体积内电磁场能量，电磁波能量流密度波尹霆矢量在单位时间内通过单位面积垂直于波传播方向的能量。8/5/2020，第1章光的干涉，1.1.6光源，2。普通光源：自发辐射(随机和独立)-热和气体放电光源，其最基本的发光单位是分子或原子。3。激光源：受激辐射，返回，光辐射持续时间-10-8s，8

7、/5/2020，第1章光的干涉，1.1.7单色光波及其描述，光波是电磁波，各种形式的光波可以通过描述电磁波函数来描述，电磁波函数是在一定边界条件下麦克斯韦方程的解。光学中经常遇到的单色平面光波和单色球面光波(理想模型)可以看作方程的特殊解，任何形式的光波(实际的)都可以看作这些特殊解的线性组合。什么是单色光波？单色光波的物理描述光波的图像描述，返回，8/5/2020，第1章光的干涉，什么是单色光波？单色光波：单一频率的光波。严格的单色光波必须满足以下四个条件：空间各点的电场和磁场矢量在单一频率下产生简单共振；光波在空间各点的振幅不随时间变化，形成稳定的振幅空间分布；初始相位的空间分布与时间无关

8、。光波的波列在空间无限延伸，光源的发光时间无限长。如果波列的长度是有限的，那么空间中每个点的振幅和相位分布在其传播过程中将随时间而变化；如果光源的发光时间是有限的，经过傅里叶变换后可以发现，光波可以看作是不同频率的无限平面单色光波的线性组合。继续，2020年8月5日，第1章光的干涉，继续讨论，严格的单色光波不存在。任何光源的发光过程总是有限的；从微观角度来看，发光过程是间歇性的；当波列的持续时间比光学振动的周期长得多时，波列可视为单色光波；返回，任何多色光波(中心波长为0和某一宽带)都是由单色光波组成的。谱线宽度越小，单色性越好；谱线宽度与原子的发光持续时间、原子间的碰撞和原子的热运动有关。8/5/2020，第1章光的干涉，单色波的物理描述(附录1.2-P57)，单色波平面单色波最简单、最基本和最重要的是平面谐波电磁波；任何光波都可以看作是在不同频率和方向传播的平面单色光波的叠加；沿着K方向传播的一系列平面光波可以用下面的波函数(三角函数)来表示。接着，一系列沿Z轴正方向传播的平面光波可以用下列波函数表示，(复振幅)，8/5/2020，第1章光的干