11-1光的电磁理论基础 物理光学 教学课件.pptVIP

* 在傍轴近似条件下，复振幅分布为： 舍弃常数相位因子，得： 球面波的相位因子是二次函数 【例题6】平行光斜入射到单缝上 ，求缝平面上光场分布。 解： 入射光的波矢为： 缝上任意点Q的位矢： 单逢上光场的复振幅为： 【思考题】 在宽度为b的狭缝上放一折射率为n、折射棱角为 的小光楔，由平面单色波垂直照射，求狭缝上的光场分布。 ? z b x1 解: 这实质是光楔的相位变换作用。 【思考题】 在宽度为b的狭缝上放一折射率为n、折射棱角为 的小光楔，由平面单色波垂直照射，求狭缝上的光场分布。 所以，狭缝上的光场分布为： * 2、柱面波 ?公式的推导 ?公式的意义 柱面波的等相面是r＝常量的柱面 六. 光波的辐射和辐射能 （一）光源：光源发光就是物体辐射电磁波的过程，它有热光源、气体放电光源和激光器三类。 （二）光辐射的经典模型 （1）电偶极子的辐射模型 电偶极子辐射的电磁波是单色的平面偏振的球面波。在距离电偶极子很远的P点辐射电磁场的大小为 一个振荡电偶极子的E场 （2）辐射能: 电磁场的能量密度为 辐射强度矢量或坡印亭矢量的大小为： 矢量形式： S方向表示能量流动的方向 其大小表示单位时间垂直通过单位面积的能量 对于单色平面光波： 对于光波来说，电磁场的变化极其迅速，高达 Hz量级（可见光），所以坡印亭矢量值也迅速变化的，人眼和其他接收器都不可能接收其瞬时值，只能接收其平均值。 可见光强I与光波振幅A的平方成正比！ 对于平面波： （3）光强度（intensity）I的定义： 辐射强度矢量大小的时间平均值。 * 光学中关心平面或曲面上的相对光强，所以光强可取形式: 若以复振幅表示光波，则光强可取形式: 已知一列光波的波数为 ，观测平面（ ）上的复振幅分布为： 试分析该光场的类型和特征。 解： 该光场复振幅分布函数仅含有二次相位因子，且二次相位因子为负，故可断定它代表了一列会聚球面波，中心在z轴上；将复振幅分布改写为： 由此可知，该会聚球面波的中心位置坐标为 。 （三）对实际光波的认识 一般来讲，光是电子在原子里跃迁时发射出来的，所以实际光源发的光一般都是断续的。一个波列持续时间一般非常短，对于普通光源来讲， 秒，波列长度=c*t。 一般说的一束光其实是构成光源的大量原子发射出大量的一段段的光混在一起构成的。 （1）原子发光是间歇的，发出的光波列是有限长的。 实际光波由一段段有限长波列组成。波列之间没有固定位相关系，振动方向也不相同。 ? （2）普通光源辐射的光波没有偏振性，即自然光。 钠光灯发射光波的波列长度约为0.058cm； 低气压镉灯发射光波的波列长度约为40cm； 低气压氪灯发射光波的波列长度约为70cm； 氦-氖激光发射器的激光的波列长度为10^5cm。? * 本节内容回顾 1、麦克斯韦方程组 2、物质方程 3、波动方程 4、电磁波的平面波解（平面波、简谐波解的 形式和意义，物理量的关系，电磁波的性质） 5、球面波和柱面波 6、光波的辐射 * 第十一章 光的电磁理论基础 光旋涡(optical vortices) * 第十一章光的电磁理论基础(约16学时） 本章学习要求： 1、了解微分形式的麦克斯韦方程组、物质方程。 2、掌握光的电磁波表达形式和电磁场的复振幅描述。 3、理解光强的概念，掌握相对光强的计算。 4、掌握光在介质分界面上的反射、折射、全反射规律，熟悉用菲涅耳公式计算反射或透射光波的振幅、强度和能流，理解半波损失现象。 5 、掌握布儒斯特定律 * 6、了解光的吸收、色散和散射现象及经典理论。 7、掌握同频率同振动方向的光波的叠加，理解光的相 干叠加条件。 8、理解频率相同、振动方向相互垂直的两光波的叠加。 9、掌握光程的概念，熟悉光程差和位相差的转换关系。 10、掌握复杂光波的傅里叶分析 11、领会群速度、相速度的概念，了解光学拍、光驻波。 * 第十一章光的电磁理论基础 ★十九世纪六十年代，麦克斯韦(Maxwell)在前 人工作基础上，完成了题为“电磁场的动力学” 的论文，从而建立起经典的电磁理论，即电磁 场的基本方程—麦克斯韦方程组。他在研究电磁 场理论的同时，还把光学现象和电磁现象联系起来，进一步指出光也是一种电磁