光电子技术(第一章)教案.pptVIP

第一章 电磁波与光波 1.1麦克斯韦方程组及其物理意义 1.1.1麦克斯韦方程组的积分形式 1.1.2麦克斯韦方程组的微分形式 1.1.3介质方程与边界条件 1.2平面电磁波的性质 1.3光的电磁理论与电磁波谱 麦克斯韦(英国1831~1879) 1.1麦克斯韦方程组及其物理意义1.1.1麦克斯韦方程组的积分形式 库仑（法国1736～1806） 库仑定律 真空中两个点电荷作用力的大小与两个点电荷的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；作用力的方向在两个点电荷的连线上，同性电荷相排斥，异性电荷相吸引。 库 仑 纽 称 实 验 库仑定律 图示 的推导 静电场中的环路定理：静电场中的场强沿任意闭合环路的线积分恒等于零，即“静电场力作功与路径无关”。它是描述静电场规律的另一条重要定理。 位移电流、传导电流的比较 1. 位移电流具有磁效应——与传导电流相同 2. 位移电流与传导电流不同之处 (1) 产生机理不同 传导电流是电荷定向运动形成的 位移电流是变化的电场 (2) 存在条件不同 传导电流需要导体 位移电流不需要导体，可以存在于真空中、导体中、介质中 3. 位移电流没有热效应，传导电流产生焦耳热 位移电流是建立麦克斯韦方程组的一个重要依据。  场的概念　数量场　矢量场 场的概念 　　所谓场，就是指物理量在空间或一部分空间空间中的分布。如电位场、温度场等。 数量场　矢量场 　　数量场，分布在空间的物理量是数量（又称标量场），例如电位场。 　　矢量场，分布在空间的物理量是矢量（又称向量场），例如，力场、速度场、电场强度场、磁场强度场等。 高斯(德国1777～1855) 高斯(Gauss)定理 高斯定理是关于空间区域上的三重积分与其边界上的曲面积分之间关系的一个定理，表示为： 斯托克斯(英国1819 ～ 1903) 斯托克斯(Stokes)定理 斯托克斯(Stokes)定理是关于曲面积分与其边界曲线积分之间关系的定理，即： 麦克斯韦方程组及其物理意义 ——麦克斯韦方程组的微分形式 高斯定理： 斯托克斯定律： 高斯定理的微分形式推导 安培环路定理的微分形式推导 假定传导电流是体分布的，其密度为　，则 麦克斯韦方程组的微分形式 电场与磁场的激发 电磁波的传播 1.1.3介质方程与边界条件 介质方程 对于各向同性的介质来说，有： 小结 麦克斯韦方程组(1.15)式加上描述介质性质的方程(1.16)~(1.18)式,全面总结了电磁场中的规律,是宏观电动力学的基本方程组,利用它们原则上可以解决各种宏观电动力学的问题。 边界条件：法向分量的跃变 边界条件：法向分量的跃变 边界条件：切向分量的跃变 边界条件：切向分量的跃变 边界条件 平面电磁波的传播 平面电磁波的性质 电磁波是横波，电矢量E、磁矢量H和传播方向K（K为传播方向的单位矢量）两两垂直。 赫兹（德国1857～1894） 赫兹，德国物理学家，生于汉堡。早在少年时代就被光学和力学实验所吸引。十九岁入德累斯顿工学院学工程，由于对自然科学的爱好，次年转入柏林大学，在物理学教授亥姆霍兹指导下学习。1885年任卡尔鲁厄大学物理学教授。1889年，接替克劳修斯担任波恩大学物理学教授，直到逝世。 ??? 赫兹对人类最伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在。 赫兹的实验 电磁波谱 为什么说光波是电磁波? 1) 根据麦氏方程推导, 电磁波在真空中的速度为 为什么说光波是电磁波? 如果光波是电磁波，比较上面两式： 复习 麦克斯韦方程组的积分形式 高斯定理 斯托克斯定律 麦克斯韦方程组的微分形式 介质方程 边界条件 电磁波的性质 电磁波谱 界面两侧电场的切向分量连续 界面两侧磁场的切向分量发生了跃变 界面两侧电场的法向分量发生了跃变 界面两侧磁场的法向分量连续 边界条件表示界面两侧的场以及界面上电荷电流的制约关系,它实质上是边界上的场方程。由于实际问题往往含有几种介质以及导体在内，因此，边界条件的具体应用对于解决实际问题十分重要。 E H k E和H幅度成比例、复角相等 电磁波的传播速度 光的电磁说 红外线 紫外线 伦琴射线 光的电磁说 红外线 红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看